构造辅助函数的几种基本方法 本科数学专业论文.doc
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分类号 O141.3
编 号 2012010201
毕业论文
题 目 构造辅助函数的几种基本方法
学 院 数学与统计学院
姓 名 朱小鹏
专 业 数学与应用数学
学 号 281010201
研究类型 基础研究
指导教师 裴瑞昌
提交日期 2012年5月日O141.3
Several Basic Methods of Constructing Auxiliary Function
ZHU Xiaopeng
(School of Mathematics and Statistics, Tianshui Normal University, Tianshui, Gansu 741000)
Abstract This paper lists several common method of constructing auxiliary function at the first. And then focuses on the process of the differential equation method and the integral factor method of constructing auxiliary functions. By comparison, using the method of ordinary differential equations explained the desirability and importance of constructed the auxiliary function. Relatively speaking, it has some certain rules to follow, and to solve more general propositions.
Key Words ordinary differential equation; original function; auxiliary function
目 录
引言 1
1 常见的几种构造辅助函数的方法 1
1.1利用凑原函数的方法来构造辅助函数 1
1.2 利用几何方法构造辅助函数 2
1.2.1罗尔中值定理 2
1.2.2 拉格朗日中值定理 3
1.3 利用常数值法构造辅助函数 4
2 利用微分方程中的方法构造辅助函数 5
2.1用微分方程法构造辅助函数 5
2.1.1知识预备 5
2.1.2原理 7
2.2用积分因子法构造辅助函数 9
2.2.1知识预备 9
2.2.2原理 10
3 结论 11
参考文献 12
致谢 13
构造辅助函数的几种基本方法
引言
我们知道,辅助函数的构造方法多种多样,遇到问题时一般应具体问题具体分析.构造一个合理的辅助函数,能架起一座连接条件和结论的桥梁,使问题变难为易.但通常却没有一种较为一般的方法可循.我在常微分方程的学习过程中发现利用微分方程法和用积分因子法求解一阶线性微分方程的一些方法往往可以用来构造辅助函数.如,,等形式,通常都能解决.而且用常微分方程中的方法经常能够解决一些结构较复杂,难以化成变量分离或者常数部分分离,需要通过求解微分方程得到原函数的题目.
1 常见的几种构造辅助函数的方法
1.1利用凑原函数的方法来构造辅助函数
微分中值定理在积分学中的地位十分重要,它研究函数导数的中值特征,在利用微分中值定理(特别是罗尔定理)求解介值或者零点问题时,证明的结论往往是某一函数的导函数的零点,故可由不定积分求其原函数作为辅助函数.
若要证拉格朗日定理的结论,只需证明
观察可知有一个原函数,
,
又,此时在上满足罗尔定理.故,
即
.
因此可作为证明拉格朗日定理的辅助函数.
由原函数构造辅助函数的一般步骤是
1.将结论中的(或)换成;
2.通过恒等变形,使其成为容易的积分;
3.用观察法或凑微分法求出一个原函数;
4.移项,使得等式的一端为0,那么另一端即为所求的辅助函数.
例1 设在上连续,在上可导,,证明:存在使得
.
证明 将要证明的结论中的换成,变为可以看出其左边的一个原函数为,故得辅助函数
又因为在上连续,在内可导
根据罗尔定理,则存在一点,使得
即
.
1.2 利用几何方法构造辅助函数
不同于初等数学,高等数学中的一个基本公式、概念和定理的表述形式往往都非常抽象,但是却通常具有特殊的几何背景,如定积分的几何意义是曲边梯形的面积,函数在某点的导数值的几何意义即为曲线对
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