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高等数学:一个问得比较多的定积分不等式证明题参考解答
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以下是很多同学问到的一个习题,在这里集中解答一下,以下过程仅供参考,如果有更好的方法欢迎提供,如果发现解题思路与过程有错误也欢迎探讨和指出!
主要相关知识点:
泰勒公式、定积分的保号性、分部积分法
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设函数f(x)在[a,b]上二次可导,f’’(x)>0,证明:
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【解析】:因为问题中包含有二阶导数的已知条件,所以我们考虑泰勒公式;由于要证明的不等式中包含有中点的函数值,因此,考虑函数在中点的泰勒公式;并且由于证明的是不等式的命题,所以考虑带拉格朗日余项的一阶泰勒公式。
于是有
其中ξ在x与(a+b)/2之间. 对上式两端在[a,b]上积分,则有
由于f’’(x)>0,被积函数大于等于零,所以上式的平方项积分大于0,于是上式左端不等式成立.
显然,利用上面的泰勒公式无法得到右边的f(x)与f(a),f(b)的关系式,于是我们考虑写出函数在任意点x处的泰勒公式,即有
其中ξ在x与t之间,并且分别取t=a,t=b代入上式,于是有
两式相加,则有
对上式两端在[a,b]上积分,则有
上面最后一项积分的被积函数大于0,所以有
其中
代入上式,则有
由此可得
这样就证明了整个不等式成立.
【注】:这个证明过程也充分体现了有高阶导数与函数、函数值的问题,一般首先考虑的是泰勒公式!并且在没有指明某些特定值的情况下,一般在端点、中点,或者在区间内任一点的写泰勒公式.
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