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日志

有意思(26)一元微分重条件,符号分析是主线

热度 11已有 2085 次阅读2012-6-26 08:20 |个人分类:学习经验| 条件,

             一元微积分学的基本内容,是“用导数研究函数,研究函数以讨论积分。”讨论连续函数的符号,是基本内容的一条主线。

           1。符号讨论主线 定理(1 保号”定理

            —— 若自变量 x→∞ ,相应的函数值 f (x) 有正的极限A ,即x增大时函数值f (x) 无限接近正数A ,则当x充分大时 ,恒有  f (x) > 0

             —— 若自变量x x0 ,相应的函数值 f (x) 有正的极限A 则当x 充分靠近x0 时,即在x0 的一个适当小的去心邻域内 ,恒有   f (x) > 0

          (潜台词:近朱者赤,近墨者黑。如此而已。)

           典型应用1 —— 连续函数一点大于0 ,则一段大于0

           逻辑发展典型  ——  f (x) 区间a b上连续非负。则f (x) 在(a b上积分为0的充要条件为 f (x) 在(a b)上恒为0

          (潜台词:如果需要,可以补充定义端点值为极限值。)

           典型应用2 —— 一点可导且导数大于(或小于)0的推理

            设函数 f (x) 在点x0 可导,且 f (x0)  > 0 ,则

             → f (x) 在点x0 可导 f (x) 在点x0连续        f (x) 在点x0的某邻域内有定义

             将  f (x0) > 0还原成定义式      Δx 0时,l i mΔy /Δx> 0

                     →(体验符号,近朱者赤。)x 0的某去心邻域内增量商恒正 分子分母同号。

                       → 分母Δxx 0为负,右侧为正,分子Δy也只能左为负,右侧为正。

                                → x 0邻近,恒有f (x) < fx 0),而在右侧邻近,恒有  f (x)> fx 0

                (潜台词:我们并不知道各函数值之间谁大谁小。不能与单调性相混。)

 

            → fx 0)不是函数的极值,更不会是函数的最值。

               (画外音:这下你就懂了,“已知一点导数大于0”与“已知一个区间内导数大于0”的差别。

有人问,你能举出一个点孤立可导的函数例吗?那是另外一个问题了。有点钻牛角尖。)

            2。符号讨论主线 定理(2)连续函数介值定理推论

            —— 连续函数取正取负必取零

              (潜台词:讨论方程 F(x) = 0 的根,总可以转化为讨论函数F(x)的零点。)

            逻辑发展 ——

              —— 没有零点的连续函数定号。只有一个零点的连续函数定号或分两段定号。

            (潜台词:简单的反证法逻辑。)

                   —— 连续函数在相邻的两个零点间不变号。

                        —— 在连续区间a b内,函数图形被其零点分成了恒正或恒负的若干段。

              (潜台词:各段究竟恒正还是恒负,选个特殊点算算。)

             逻辑发展典型 ——

               若函数 f (x) g(x ) 都在区间a b上连续,则函数  y = manfx),g(x ))也在(a b上连续。

               (画外音:作差函数 F =  fx– g(x ) ,则F连续。F在相邻的两个零点间不变号。函数y = manfx),g(x ))在这一段要么为fx),要么为gx),当然连续。

               只需任选一个等值点(F的零点),证明y = manfx),g(x ))连续。

              逻辑发展典型 ——(费尔玛引理)

               若f (x) 在区间(a b)上可导,且在(a b)内一x0取得最大值或最小值。则必有  f (x0)  =  0

               (画外音: f (x) x0可导的充要条件为 左导数 = 右导数

写出定义,利用最值讨论左导数 = 右导数符号。逻辑推理判 f (x0)  =  0

                逻辑综合发展典型 ——(达布定理)若f (x) 区间a b上可导,则其导函数自然满足连续函数介值定理。

             (潜台词:导函数不一定连续。)

               3。典型(连续)不可导的成因分析

                从图形上看连续函数取绝对值 —— 连续函数f (x) 在相邻的两个零点之间不变号。

                 如果恒正,每一个正数的绝对值就是自已。在这两个零点间,函数 y =f (x) f (x) 图形相同。

               如果恒负,每一个负数的绝对值都是它的相反数。在这两个零点间,f (x) 图形由x轴下面对称地反射到了x轴上方。成为 y =f (x)图形。

               如果f (x) 可导,则称曲线 y = f (x) 光滑从前述图形关系可以看出, f (x)  恒为正或恒为负的区间内,曲线 y = | f (x) | 和曲线 y = f (x) 光滑性是一致的。

               符号讨论主线结论(3 —— 只有在 f (x)   的零点处,才可能出现曲线 y = f (x光滑 ,而曲线 y = | f (x) | 不光滑的状况。

             y = sin x 在原点为0,在原点的左侧邻近为负,右侧邻近为正。

             让它的图形在原点右侧段不变,而将左侧段对称地反射到上半平面,就是y = | sin x | 的图形。反射使得曲线 y = | sin x | 图形在原点处形成一个尖角,不光滑了。

            (潜台词:从几何上看,曲线y = sin x的切线被分成左,右两射线,形成一个角。)

              同理  y = | lnx| 在点x = 1不可导。

            这是否是一个普遍规律?不是!比如 y = x3   y = | x3 | x = 0点都可导。

函数 y = x3 的图形叫“立方抛物线”。在点x = 0,函数导数为0,图形有水平的切线横穿而过。

             4符号讨论主线结论(4)拉格郎日公式推论2

            —— f (x) 在区间(a b)上可导且导函数 f (x) > 0 ,则f (x) 在区间(a b)上单增。

              逻辑发展(“逐阶判符号,分段说单调”)—— 一个很好玩的游戏

            设函数 三阶可导,f′″ (x)在点x0连续。又已知其一,二阶导数在点x0都为0,而三阶导数不为0,不仿设f′″ (x0)>0 ,则有

                 → 连续函数一点大于0则一段大于0。在点x0 邻近三阶导数f′″ (x) 恒大于零。

                           → 三阶导数大于零,则二阶导数单增。又因为 f (x0) = 0 ,故

                      x由左方趋近点x 0 时,f (x) 由负单增到0 

                   而从x 0点向右,f (x)0单增为正。 x 0 二阶导数反号,图形上点(x0f (x 0))是拐点。

                   → x 0点左一阶导数单减,且由正单减到0

                          在x 0点右一阶导数单增,且由0单增为正。f (x 0) = 0一阶导数的极小值。导数的一个孤立零点。

                                     → 函数 f 在点x 0邻近单增

                    典型应用——“单调法”证明函数不等式

                       证明x >x 0 时,f (x) >g (x),即证明 F = f (x)-g (x) >0 ,能否运用单调法,先看有没有“初始信息”,再对F求导。看导数正负说单调,两者结合确定函数F的符号。

                        这条主线玩熟了,你会提高很多。

 


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发表评论 评论 (2 个评论)

回复 shirley0713 2012-9-6 08:14
讲的很深刻,受教了。。。。。
回复 丷亽彡 2013-8-16 03:20
很好很好…

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