科 目:数学
知识点:与定积分有关的方程,其根存在性的证法
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这类命题的证明一般要作辅助函数,然后利用零点定理或罗尔定理证之.
1. 欲证其根存在的方程为变限积分方程,其左端即为所求作的辅助函数.如果在区间端点值异号,由零点定理,命题得证
例:设 在 上连续, 且
证明
。
方程 在区间 内有且仅有一个根
证: 因 , 故 和 均为正数,则其算术平均值不小于其几何平 均值, 所以
即
(2)因
在 上连续, 由零点定理知, 在 内至少有一根.又因
故 在 上单调增加, 所以 在 内只有一根
2. 如果所证结论中的积分限为中值, 将 一律改写成 ,并移项使等式一端为0,另一端的表达式即为所作的辅助函数
如果在区间端点值异号,由零点定理知命题得证;如果不异号,或不易证其异号.可采用其他辅助函数使用罗尔定理。
例:设 在 上连续,证明至少存在一 ,使得
证:若令
因不易证明
异号.改令
注意到
因而作辅助函数
下验证 满足罗尔定理的条件.事实上, 因 在 上连续, 故
可导。从而 在 上连续, 在 内可导.又
于是由罗尔定理知在 内至少存在一点 ,使 , 即
故
3. 将定积分等式中积分上限(或下限)及被积函数中的一律换成,再移项使一端为,则另一端的表示式即为所求的辅助函数,可试用罗尔定理证之
例:设 在 上连续,且
证明存在一个 ,使
证明:因为:
中的 1 一作改为变量,并令
显然 在 上连续,在 上可导.又
于是由罗尔定理知,存在一个 ,使 . 因
所以