分享

高数:与定积分有关的命题的证明思路与积分上限函数求导典型题

 考研竞赛数学 2020-10-09

思路一:使用介值定理证明

若问题中条件与结论中包含有闭区间上连续函数值相关的结论,可以考虑借助闭区间上的连续函数相关的定理,比如最值定理、介值定理来分析、讨论相关证明,获取相关结论.

1【推广的积分中值定理】f(x),g(x)[a,b]上是连续函数,且g(x)[a,b]上不变号。证明:至少存在一点ξ[a,b],使得下式成立


【证明】:据题目条件,f(x)[a,b]上是连续函数,由闭区间上的连续函数的最值定理,可知f(x)[a,b]上有最大值M和最小值m,即

m≤f(x)M.

g(x)[a,b]上不变号,不妨设g(x)0,从而有

mg(x)f(x)g(x)Mg(x).

两端同时积分,有

(1)

任取ξ[a,b]都成立。

(2)

a<b,从而有


从而有

闭区间上的连续函数的介值定理,可知存在ξ[a,b]使得

即结论成立。

思路二:使用积分中值定理证明

若问题中出现定积分的值等于一函数在某点的值的等式,常先用积分中值定理处理,得到函数值相等的两个不同点,为使用罗尔定理创造条件。如果要构建使用罗尔定理的辅助函数,则可选用定积分中的被积函数。

22001数学三】f(x)[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且满足

证明至少存在一点ξ(0,1),使得

【证明】:由积分中值定理,至少存在一点


使得

从而,如果令

同时有

容易验证F(x)[ξ1,1]上满足罗尔定理的条件,即存在ξ(ξ1,1)(0,1),使得

即结论成立。

3f(x)[0,2]上连续,在(0,2)内二阶可导,且

证明存在ξ(0,2),使得f’’(ξ)=0.

【证明】:由积分中值定理,得到


(ξ1,2)使用罗尔定理,得到f’(ξ2)=0;然后在(0,1/2)上使用罗尔定理,则有f’(ξ3)=0. 再在(ξ3, ξ2)上对f’(x)使用罗尔定理,则可得f’’(ξ)=0.

思路三:用泰勒公式证明

对于包含有二阶及二阶以上导数的问题,使用泰勒公式公式证明.

4 f’’(x)[1,3]上连续,且f(2)=0。证明至少存在一点ξ(1,3),使得

【证明】:将f(x)x=2作一阶泰勒公式,有

注意η2x之间,是与x有关的变量。

利用推广的积分中值定理(1)得到

在泰勒公式两端积分,利用

于是有

思路四:引入变限积分证明

积分上限函数的构造,一种是将讨论的函数表达式当做被积函数构造积分上限函数,借助题意中的积分条件构造验证问题;第二种是直接令积分的一个上限或者下限为变量,构造辅助函数.

5 设函数f(x)[0,1]上连续,且

证明存在一点ξ,使得


【证明】:将ξ换成x,则有

引入变限积分函数,有

从而归结证明存在ξ(0,1),使得

为此验证F(x)满足罗尔定理条件,显然有F(0)=0,由条件有

所以使用罗尔定理,得结论成立.

62000年数学三】设函数f(x)[0,π]上连续,且


证明在(0,π)上至少存在两个不同的点ξ1, ξ2,使得

f(ξ1)=f(ξ2).

【证明】:令积分上限函数为


F’(x)=f(x). 这样,问题只需证明存在ξ1, ξ2,使得F’(ξ1)=F’(ξ2)=0.

为此需要找出F(x)的三个零点。事实上有

F(0)=0,F(π)=0.

又因为

则必存在ξ(0,π),使得F(ξ)sinξ=0;否则F(x)sinx恒为正或者恒为负,与上式结论矛盾.

又因为ξ(0,π),则sinξ不为零,所以必有F(ξ)=0。于是在[0,ξ],[ξ,π]使用罗尔定理有结论成立.

7设函数f(x)[0,1]上连续,且


证明在(0,1)上至少存在一点ξ,使得


【证明】:由已知条件

构造辅助函数

则有F(0)=F(1)=0,且有

从而使用罗尔定理可得结论成立.

积分上限函数求导数问题求解思路:

对于积分上限函数,如课件第一张幻灯片,对于不符合标准类型的积分上限函数求导(左边三个都为标准类型,即被积表达式中不含有求导变量x的类型,它们求导直接代入x即可),必须先将于积分变量无关的项提出到积分符号外面来,然后利用求导乘积运算法则求导,比如右边最下面一个;对于不能提出来转换为标准积分上限函数的基本,则采取换元法,转换为标准形式来做,比如右边上面两个,第一个令u=xt,第二个令u=x-t,这样再转换为其余四个类型来求导计算!

参考课件,内容结合老师课堂讲授理解:

小贴士

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多