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微积分证明题中的常数变易法

2014-01-07顾晓伟

科技视界 2014年32期
关键词:变易原式证明题

顾晓伟

(苏州健雄职业技术学院现代港口与物流管理系,江苏太仓215411)

顾名思义,常数变易法就是将某一常数换成变量,引入辅助函数证题的方法.此法在证明等式和不等式时有普遍应用.请看以下几例:

故当 x>a 时,f(x)单调增加.又 f(a)=0,所以当 x>a 时,f(x)>f(a),

(x2+a2)(ln x-ln a)>2a(x-a).从而当 b>a>0 时,有(b2+a2)(ln b-ln a)>2a(b+a).即:

例 2 设 b>a>e,求证:ab>ba.

[证明]考察 F(x)=x ln a-a ln x,a≤x<+∞,F(x)在[a,+∞)可导,F(a)=0,

所以 F(x)在[a,+∞)单调上升,即 b>a>e 时有 F(b)>F(a)=0,即 b ln a>a ln b,

因此 b>a>e 时,ab>ba.

例 3 设 f(x)在[0,+∞)连续.又 f(0)=0,f″(x)<0(∀x>0),求证:对∀x1>0,∀x2>0,f(x1+x2)<f(x1)+f(x2).

[证明]考察函数 F(x)=f(x)+f(x1)-f(x1+x),由 f′(x)<0(∀x>0)知 f′(x)在x>0 单调减少,故 f(x)>f(x1+x),即 F′(x)=f′(x)-f′(x1+x)>0(∀x>0),所以 F(x)在 x>0 单调上升,又 F(0)-f(0)=0,故 F(x)>0(x>0).因此∀x2>0,∀x1>0,有 F(x2)=f(x2)+f(x1)-f(x1+x2)>0,即 f(x1+x2)<f(x1)+f(x2).

例 4 设函数 f(x)在[0,1]连续,在(0,1)内可导,且 f(0)=0,0<f′(x)<1

例5 设f(x),g(x)均在[a,b]上连续,证明柯西不等式:

亦即:

例6 设f(x)连续,证明:

[分析]本题可用分部积分法或二重积分法证明。但若将a当作变量,由于当a=0时等式两边相等(均为零),只需检验二边的导数相等.事实上,左边导数为而右边导数为.两者相等,故原式成立.

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