一道高等数学证明题的六种证明方法
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高教视野
GAOJIAO SHIYE^;•;11 "#$%&证()*+种证
◎周奇郭艳慧(苏州科技大学化学系,江苏苏州215100)
【摘要】题在高等数学中的地 重要,尽过程中有不 和方法,但 于对数学定理的和方法的运用,以不懈的创新 .本文就一道高等数学 题给出六种 方法.
【关键词】辅助函数;R8;定理;Lagrange中值定理;行 列式;Tayloi■公式
【基金项目】高校自然科学研究面上项目(16KJB110019);苏州科技大学科研基金项目(XKQ201615).
—#弓1言
在[1]中^如下一道证明题:
在*-*-6上有定,二阶导数,证明:在*<%<1内,有一4[f(x) ~f(a)」w h-K a) ]=+,(+).这
里+是*与h之间的某数. (1)面就来介绍(1)的种证明方法.
二、(1%的六种证明方法
证法1数法[2]
证:数 F(G 二=(G --(*) -(t-b)(t-*)
m(t-%)(t-*),.⑴在
[*,b]上连续,在(*,b)内二阶可导,且F(*) =F(b)= (*)=0,R o ll定理知.+1 /(*,*),.+' / (*,b),使F’(+1) =F,(+2) =0,R〇l;定理知.+/ (+1,+2)0(*,
b),使.(+) =0,即(1)成立.
证法2待定X值法
证:若记h = -!;[■$% -,(*) - /(b-/(*)],则有
**
(b-*)[/(%-/(*)]-(*-*)[/(b)-/(*)]-H(*- b)(*-*)(b-*) =0,则 F(*) =F(*) =F(b) =0,两次运用 R o ll定理得.+ / (*,b),使 F"( + ) =0, F"⑴=(b-*)/⑴-2H(b-*),所以H= +/(+),即⑴成立.
证法3 Tayloi■公式+ Lagrange中值定理
证:令 F(*) =/(%=/(*),则F(% :b(b) =F A+ )= (+-*)$(+-[$+-%(**)]*
(+ -*)2
展开,有/(%=/(+)+/(+)(%-+) +'$2)(%-y)2,令 %= *,则/(*)=/(+)+/(+)(* -+) +'$")(* -+)2,+/ (*,%)(%_*)/(b)=(%_*)/(%)+/(%)(b_%)(%_*)+
-,+/ (%b),将/(%在 %= + 处
b),则(+-*)/(y) -「/(y) -,(*)]=丄
(+-*)22
/(%-/(*)/(b) -/(*)
■/'(+),综上得
2-/(+),即⑴
**
.+/ (*,b),使--------%-b-------
成.
证法4 Tayloi■公式+ Darboux定理
证:将/(*) /(b)在 Z=%$*)=/(%+/(*)(*-% + 士/’(+l)(*-=:)2,+l/(*,%/(b)=/(%+/(%(b-% +^/'(+2)(b - %)2,+2 / (%b),则(b-=0/(*)=(b-%/(% -/(%(b-%(*-*) + 士/’(+1) (* - *)2(b -
$(+2)(* -b)2(* -*),
2(b- *)
两式相加并整理得-b
x- 〇[_
[/’(+1)(* _*) +/’(+2)(b_%],
/(%-/(*)-w -/(*)'
*
因为b— + ■
*
(+1,+2)0 (*,b),使.
=1,所以由Darboux定理知,.+
1
-(b-*)
%] =/(+),即(1)成.
证法5 数法[1]
f⑴
[/(+)(* -*) +/(+2)(b
证:构造函数I(t=
1(%=1(b)=0,两次运用
,则 1(*)
/(%* * 1
/(*) *2* 1
/(b)b2b1
R o ll 定理知.+ / (*,b),使
/(+)200
1(+) =0,而 1F+)=$%
$*)
2
X
2
*
%1
*1
,将行
/(b)
b2b1
%2%1
/(%%1
行展开,得/(+)*2*1-2/(*)* 1
b2b1/(b)b1
= 0,理即
得(1)成.
证法6Cauchy中值定理+ Lagrange中值定理[3]
证:令 F(G =/(*) (* +/(%(t- *) +/(G(* - %,
J⑴= (* - G(t-%(*- *),则 F(% =J(% =0,对 F(G,
J⑴在(*,b)上使用Cauchy中值定理知,.+1 / (*,b),使
F(b)F(b) -F(*) F(+1)―-^*) +/(% +/(+1)(* _%
J(b) J(b) -J(*)J(+1)[(* _+1) _ (+1 -*)](* -*),^"(0 = _/(*)+/(0+/(+1)(*_0,=(0=[(*-
+1) -(+1 -)](t-*),K(*) ==(*) =0,对 K⑴,=⑴
在[*,%上使用Cauchy中值定理知,.+2 /(*,*),使
K(% = K(%) -K(*) k’(+2)/"(+2) -■$(+1)
=(%=(%-=(*)_ =(+2)_ 2(+2-+1)
Lagrange中值定理知,.+ e(+1,+2)0(*,b),使$(++) -(+1)=
21
/f+),综上得=K f)=士/(+),即⑴成立.
三'结论
对(1)的种证明方法已经了,这个结论还可
以用来证明高等数学证明题,我们要学会举一反三,灵
活变通.
【参考文献】
[1] 蒲和平.大学生数学竞赛教程[M].北京:电子工业出版社,2014 (350.
[2]学高等数学教.高等数学试题分析(第
2版[M].南京:学出版社,2014.
[3] .—道数学 题的证明、应用及推广[J].大
学数学,2016(5):113 -114.
数学学习与研究2019. 1。