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考研數(shù)學(xué)有四大重要定力證明需要大家熟練掌握,它們是微分中值定理的證明、求導(dǎo)公式的證明、積分中值定理和微積分基本定理的證明,下文我們一一來(lái)看。
▶1、微分中值定理的證明
這一部分內(nèi)容比較豐富,包括費(fèi)馬引理、羅爾定理、拉格朗日定理、柯西定理和泰勒中值定理。除泰勒中值定理外,其它定理要求會(huì)證。
費(fèi)馬引理的條件有兩個(gè):1.f'(x0)存在2.f(x0)為f(x)的極值,結(jié)論為f'(x0)=0?紤]函數(shù)在一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù),用什么方法?自然想到導(dǎo)數(shù)定義。我們可以按照導(dǎo)數(shù)定義寫出f'(x0)的極限形式。往下如何推理?關(guān)鍵要看第二個(gè)條件怎么用。“f(x0)為f(x)的極值”翻譯成數(shù)學(xué)語(yǔ)言即f(x)-f(x0)<0(或>0),對(duì)x0的某去心鄰域成立。結(jié)合導(dǎo)數(shù)定義式中函數(shù)部分表達(dá)式,不難想到考慮函數(shù)部分的正負(fù)號(hào)。若能得出函數(shù)部分的符號(hào),如何得到極限值的符號(hào)呢?極限的保號(hào)性是個(gè)橋梁。
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▶2、求導(dǎo)公式的證明
2015年真題考了一個(gè)證明題:證明兩個(gè)函數(shù)乘積的導(dǎo)數(shù)公式。幾乎每位同學(xué)都對(duì)這個(gè)公式怎么用比較熟悉,而對(duì)它怎么來(lái)的較為陌生。實(shí)際上,從授課的角度,這種在2015年前從未考過(guò)的基本公式的證明,一般只會(huì)在基礎(chǔ)階段講到。如果這個(gè)階段的考生帶著急功近利的心態(tài)只關(guān)注結(jié)論怎么用,而不關(guān)心結(jié)論怎么來(lái)的,那很可能從未認(rèn)真思考過(guò)該公式的證明過(guò)程,進(jìn)而在考場(chǎng)上變得很被動(dòng)。這里給2017考研學(xué)子提個(gè)醒:要重視基礎(chǔ)階段的復(fù)習(xí),那些真題中未考過(guò)的重要結(jié)論的證明,有可能考到,不要放過(guò)。
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▶3、積分中值定理
該定理?xiàng)l件是定積分的被積函數(shù)在積分區(qū)間(閉區(qū)間)上連續(xù),結(jié)論可以形式地記成該定積分等于把被積函數(shù)拎到積分號(hào)外面,并把積分變量x換成中值。如何證明?可能有同學(xué)想到用微分中值定理,理由是微分相關(guān)定理的結(jié)論中含有中值?梢园凑沾怂悸吠路治觯贿^(guò)更易理解的思路是考慮連續(xù)相關(guān)定理(介值定理和零點(diǎn)存在定理),理由更充分些:上述兩個(gè)連續(xù)相關(guān)定理的結(jié)論中不但含有中值而且不含導(dǎo)數(shù),而待證的積分中值定理的結(jié)論也是含有中值但不含導(dǎo)數(shù)。
若我們選擇了用連續(xù)相關(guān)定理去證,那么到底選擇哪個(gè)定理呢?這里有個(gè)小的技巧——看中值是位于閉區(qū)間還是開區(qū)間。介值定理和零點(diǎn)存在定理的結(jié)論中的中值分別位于閉區(qū)間和開區(qū)間,而待證的積分中值定理的結(jié)論中的中值位于閉區(qū)間。那么何去何從,已經(jīng)不言自明了。
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▶4、微積分基本定理的證明
該部分包括兩個(gè)定理:變限積分求導(dǎo)定理和牛頓-萊布尼茨公式。
變限積分求導(dǎo)定理的條件是變上限積分函數(shù)的被積函數(shù)在閉區(qū)間連續(xù),結(jié)論可以形式地理解為變上限積分函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為把積分號(hào)扔掉,并用積分上限替換被積函數(shù)的自變量。注意該求導(dǎo)公式對(duì)閉區(qū)間成立,而閉區(qū)間上的導(dǎo)數(shù)要區(qū)別對(duì)待:對(duì)應(yīng)開區(qū)間上每一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)是一類,而區(qū)間端點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)屬單側(cè)導(dǎo)數(shù)。花開兩朵,各表一枝。我們先考慮變上限積分函數(shù)在開區(qū)間上任意點(diǎn)x處的導(dǎo)數(shù)。一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)仍用導(dǎo)數(shù)定義考慮。至于導(dǎo)數(shù)定義這個(gè)極限式如何化簡(jiǎn),筆者就不能剝奪讀者思考的權(quán)利了。單側(cè)導(dǎo)數(shù)類似考慮。
“牛頓-萊布尼茨公式是聯(lián)系微分學(xué)與積分學(xué)的橋梁,它是微積分中最基本的公式之一。它證明了微分與積分是可逆運(yùn)算,同時(shí)在理論上標(biāo)志著微積分完整體系的形成,從此微積分成為一門真正的學(xué)科。”這段話精彩地指出了牛頓-萊布尼茨公式在高數(shù)中舉足輕重的作用。而多數(shù)考生能熟練運(yùn)用該公式計(jì)算定積分。不過(guò),提起該公式的證明,熟悉的考生并不多。
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