有沒有大神可以解釋求微分中值定理時用微分方程構造輔助函式的原理?

時間 2021-06-04 21:51:20

1樓:Song

這個問題只能限於一階的羅爾定理。也就是「給兩個零點,給乙個目標式」的那種題目,話先說在前面,微分方程是最後的保底,而不是一上來就用的方法,因為你必須得對「抽象函式和具體函式結合在一起進行求導、變形會有什麼樣子」有基本的認識。

我們循序漸進地來講。例如題目是

設 求證在 上存在 使得

你會發現這種題都是找乙個輔助函式 ,使得題目裡的 能夠被這個輔助函式利用成為 ,從而應用羅爾定理 .

所以這裡啟發我們: 和 是等價的

我們需要找的就是 ,更換一下變數,我們所需要的就是找到 中的 ——但問題在於,我們沒辦法繼續積分了,所以直接看這樣的等價是沒有意義的。

我們轉而研究 。把它換個變數就是

這很明顯是乙個微分方程——但我們並不是要解 ,所以事實上你直接套用什麼一階線性方程的答案,對你毫無幫助。我們要對它進行變形,使得它一側是某個函式的導數。

化簡一下它等價的微分方程:

它也就是

而上式左邊就是

這括號裡面被求導的東西就是 ,對比我上面說的 你就可以知道 .

這種方法能處理的最複雜的情況就是目標式為 的情形,也即出現了非齊次項。(所以可以看到,這種方法侷限性是非常大的)

如法炮製,

從而 把右邊挪進求導就完事了:

你需要的輔助函式就是

之所以說這是解微分方程,是因為這種做法可以得到

,這就是你熟悉的一階微分方程。

湖心亭看雪:微分中值定理證明題中構造輔助函式的方法

說微分方程解決不了抽象函式的問題,這當然是不全面的。只要目標式形如 ,都可以用上面的方法來做,無論裡面涉及的函式是不是抽象的。

例如那個作者聲稱微分方程做不出的

但實際上,

就做完了。

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