关于一类中值定理证明题构造辅助函数的方法

我们先从$Lagrange$中值定理的证明谈起。

几乎所有的数学类教材(比如高等数学、数学分析)在证明这个定理时,利用了几何意义构造出函数$\varphi(x)$$=$$f(x)-f(a)-\frac{f(b)-f(a)}{b-a}(x-a)$。然后利用$rolle$定理进行证明。

自然,面对一道证明题,尤其是中值定理证明题,很少有人会去想到几何意义。从某种意义上说,这种方法不值得推广,难道每一道题都去这样考虑?实际上很多证明题都不可能找到几何意义来说明。

现在我们尝试利用理论分析构造合适的辅助函数,为此,我们先将$Lagrange$中值定理进行重述:

设函数$f(x)$在$[a,b]$连续,在$(a,b)$可导,则$\exists \xi$$\in$$(a,b)$,使得$f‘(\xi)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$。

为了证明这个等式成立,我们不妨考虑$f‘(x)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$,将其看为一个微分方程,易算得$f(x)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a}x+C$

解出$C=f(x)-\frac{f(b)-f(a)}{b-a}x$。故我们取辅助函数为$F(x)=f(x)-\frac{f(b)-f(a)}{b-a}x$(为什么?因为常数求导为零!所以我们才会将$C$解出,令其为一个函数!)

读者不妨尝试计算$F(a)$与$F(b)$,它们显然相等,从而命题获证!

从上面的过程中我们可以看到,构造函数的过程完全是利用微分方程,这即是本文所论述的方法。大多数辅导书籍构造函数后都没有说明原因,因此就会让读者误以为是“灵机一动”想出来的,是一种“神奇”的东西,实则不然。为了更好的理解这种方法,我们再看一例。

设函数$f(x)$在$[a,b]$连续,在$(a,b)$可导,其中$a>0$且$f(a)=0$,试证明:$\exists \xi$$\in$$(a,b)$,使得$f(\xi)=\frac{b-\xi}{a}f‘(\xi)$

证明:我们还是将其看为一个微分方程:$f(x)=\frac{b-x}{a}f‘(x)$,易算得$f(x)=C(b-x)^{-a}$。解出$C$,并令其为$F(x)$,我们即找到了辅助函数:$F(x)=f(x)(b-x)^{a}$!

容易验证,$F(a)=F(b)=0$,然后利用$rolle$定理即可获证。

事实上,这一类问题均可用微分方程手段处理,故重点还是要会求解微分方程

时间: 2025-01-05 02:11:35

关于一类中值定理证明题构造辅助函数的方法的相关文章

数学---证明题

真题 证明函数不等式 一定要时刻明白自己在证什么!!! 证明函数不等式常用的有以下五种方法: 利用函数单调性 利用拉格朗日中值定理 利用函数的最大最小值 利用泰勒公式 利用凹凸性(定义或性质) 利用单调性 利用拉格朗日中值定理 利用函数的最大最小值 利用泰勒公式 利用凹凸性(定义或性质) 方程根的存在性与个数 方程根的问题通常是两个基本问题: 根的存在性问题: 利用连续函数的零点定理 若f(x)在[a,b]上连续,且f(a)与f(b)异号,则方程f(x)=0在(a,b)内至少有一个实根: 利用罗

分享一道数列证明题

两个整数数列a1,a2,…和b1,b2,….满足方程(an-an-1)(an-an-2)+(bn-bn-1)(bn-bn-2)=0,其中n=3,4,….证明存在正整数k使得ak=ak+2014. [解]设在平面直角坐标系下Pn(an,bn) 将(an-an-1)(an-an-2)+(bn-bn-1)(bn-bn-2)=0 写成 故点Pn在以Pn-1Pn-2为直径的圆上. 记dn=|PnPn+1|2=(an-an+1)2+(bn-bn+1)2. 则显然{dn}是整数列,且由点Pn在以Pn-1Pn-

拥有梦想的人不做选择题,他们只做证明题

是安于现在的生活并且学着享受庸常,还是甘冒下坠的风险振翅飞往远方? 这是我最近经常看到的问题.说实话,我也觉得非常惊奇,竟然有那么多人,觉得现实在一点点埋葬自己的梦想,同时又没有足够的勇气跨出一步.每次说到看不到的山那头,海的那一端,总有无数颗小心在各个地方黯然破碎.仿佛一夜之间经过了四十个星球,却没有一个星星上能种出玫瑰花来. 人们写信来,索要帮助和建议.但是我又能做什么呢?我的人生是我的人生,我的经验是我的经验,未必对你有用.况且,我安于这样的生活,命运如此安排,而换做别人,怕是不能把这其中

一个简单有趣的证明题

最近上算法课,老师讲了一个有趣的证明题. 平面上一个有n个点的有限点集A.具有如下性质:任意两个点x,y所决定的直线上都能找到第三个点z.试证明A中的所有点在同一直线上. 对于证明题来说,最常用而系统的方法无非就两种:归纳法和反证法.其他的诸如综合法和分析法都与具体问题关系较大.如果解决证明题一时没有思路,这两种方法将是不错的选择.下面将尝试用这两种方法解决这个题目. 一,归纳法. 相信学过高中数学的人,没有人不知道这个大名鼎鼎,而又简单有效的证明方法.这里就不再赘述.下面给出一个证明过程. (

2014 BNU 邀请赛A题(构造问题)

A Matrix 题意:按照题目中给定的方法,给你一个矩阵,求出变换出该矩阵的字符串 思路:构造问题,在纸上多画几组就能发现,每次必须从上往下找到一条路径,最后输出这些路径,按照开头最大的最晚输出,找的过程中只要不断往下一层找一个大的即可,并且如果一开使有一行是非递增就是错误 代码: #include <stdio.h> #include <string.h> #include <vector> #include <map> using namespace

moodle中的完形填空题的文本编写方法

moodle中的完形填空题的文本编写方法 [完形填空题]考题把一段文字挖去一些空,让考生根据上下文正确地完成这些填空.完型填空题中的一段短文可以包括各种题目,如选择,填空,和数字题等. 题目的编辑是在编辑页面中输入一些按照完形填空的书写格式的文本. 下面介绍完型填空题的几种题型的书写方法: 完形选择题: 书写格式{1(分数):MULTICHOICE(题型):错误答案#对该错误答案的反馈~另一个错误答案#对另一个错误答案的反馈~=正确答案#对该正确答案的反馈~P%可信度一半的答案#对该可信度一半的

高数吧两道证明题

1.设$y=f(x),x\in (-\infty,+\infty)$的图形关于$y=a,y=b$均对称$(a< b),$求证:$y=f(x)$是周期并求其周期. 证:由题可得:$$f(a-x)=f(a+x)$$ 令$$x=a+x,$$ 得$$f(2a+x)=f(x).$$ 同理可得:$$f(2b+x)=f(x)$$ 所以$$f(2b+x)=f(2a+x)$$ 令$$x=x-2a,$$ 所以$$f(x)=f(x+2b-2a)$$ 所以$f(x)$是周期函数,周期$T=2(b-a).$ 注:无特殊说

算法作业第八章证明题(8.9)

题目: 证明: 很容易将最小顶点覆盖归约到HITTING SET.假设要求图G的最小顶点覆盖,可以建立一个 HITTING SET 实例,其中 S1 , S2 , S3,...,Sn    即是图G的各条边,比如{v1,v2},{v3,v4},... .通过二分式的询问,可以找到一个与 Si都相交的最小集合H,这正好就是图G的最小顶点覆盖.

复变函数吧一个证明题

题目:如果$|z|=1,$证明:$$|\frac{z-a}{1-\overline a z}|=1.$$ 证明:本题使用分析法:要证$$|\frac{z-a}{1-\overline az}|=1$$ 即$$|z-a|^2=|1-\overline az|^2.$$ 需证$$(z-a)(\overline z-\overline a)=(1-\overline a z)(1-a\overline z)$$ 两边展开有:$$1-(z\overline a+a\overline z)+a\overl