高數證明題的提綱

2021-05-18 07:33:28 字數 3128 閱讀 4389

一、極限存在準則

1. 準則(夾逼準則):如果數列及滿足下列條件:

(1); (2)

那末數列的極限存在, 且

思路提示:

1)利用夾逼準則求極限,關鍵是構造出與, 並且與的極限相同且容易求.

2)一般通過放大或縮小分母來找出兩邊數列的通項(右邊取分母最小,左邊取分母最大)

例題1 證明

解:因為,

而。例題2 計算

解:因為,

而,所以。

例題3 計算

解:由於,

而,於是。

例題4 證明

解:由於,

而,所以.

例題5 計算

解:由於,

而,所以。

例題6 計算

解:因為

而,根據極限存在準則,

。例題7 證明

解:由於,,

而,所以。

例題8 證明

解:由於,

而, 所以。

例題9 計算

解:由於

而,所以。

例題10 設為正數,求證。

解:不妨設,此時有

,由於是乙個正的常數,而,所以

。2. 準則ii(單調有界準則):單調有界數列必有極限.

思路提示:1)直接對通項進行分析或用數學歸綱法驗證數列單調有界;

2)設的極限存在,記為,代入給定的的表示式中,則該式變為的代數方程,解之即得該數列的極限。

例題11 設,證明數列的極限存在,並求此極限。

解:顯然,設,若,

所以對一切,有。因此它是單調遞增且有上界!因此極限存在。

設,對,兩邊求極限,有,

,由於,所以極限為2 。

例題12 已知數列中的每一項都是正的,並且,證明數列是單調的,並證明。

解:由題意,

所以,即單調上公升;

又,有界。

所以存在。設,因為,兩邊取極限

,顯然只能。

例題13 若序列的項滿足:為正的常數),且,()

試證:有極限,並求出它。

解:由,又;

下面用數學歸納法證:,

又,故單調且有下界,從而其極限存在,令其為

由,即,所以。

例題14 設,求。

解: 因,故,這說明數列單調增加。

下面證明它有上界。顯然,,假設,則

,所以數列有上界為。

根據單調增加有上界數列必有極限的存在準則可知,存在,設,

對關係式兩邊取極限得,,解得。

因數列各項均為正數,根據極限的保號性定理,它的極限值不可能為負數,因此,

。例題15 求

解:先證存在,設,

因為所以;又,故數列單調減少且有下界0,

根據單調有界準則知,存在。設,

對等式兩邊求極限,得到,即。所以。

例題16 求

解:令,,

則,由於,由夾逼定理,

,即。二、方程根的存在性證明

1.利用零點定理證明

零點定理:設函式在內連續,且,則在內至少存在一點,使

思路提示:(命題的證明步驟)

1)構造輔助函式:①先把結論中的改寫成;②移項,使等式右邊為零,令左邊的式子為;

2)驗證在內連續;

3)驗證

4)由定理:至少存在一點,使。

5)若要證明在內有且僅有一根,則還需證明此函式在內單調;或證明一元次方程至多只有乙個實根。

例設在上連續,且有,證明在內至少存在一點,使。

證明:令。因為在上連續,所以在上連續。

且,於是;所以由零點定理,在內至少存在一點,使,即。

例設在上連續且恒為正,證明:對任意必存在一點

,使得證:令。因為在上連續,於是在上連續。而,所以在上也連續。又在上恒為正,,

於是所以由零點定理,在內至少存在,使得,

即。例證明在內至少存在一根。

證:令,由於在上連續,

,於是,所以由零點定理,在內至少存在一根,使,即在內至少存在一根。

例若在上連續,且,則方程至少有一實根。

證:令,因為在上連續,所以在上連續

而,故;

若,則,即是方程的乙個根;

若,則由零點定理,存在,使,即。

綜上所述方程至少有一實根。

例證明方程在有且僅有乙個實根。

證:令,,所以;又在上連續,於是在上至少存在乙個實根;

又,於是在內單調遞增,所以在內有且僅有乙個實根。

例證明方程在內有且僅有兩個不同的實根

證:;於是,令

(唯一駐點)

又因為在與分別至多有乙個零點。

又因為是在內的最大值,由於,而

,可知在和內分別至少有乙個零點,故在內有且僅有兩個實根。

例證明方程在內有三個實根。

證:令,

於是在內至少各有乙個根存在,又為一元三次方程最多有三個實根,故在內有三個實根。

例證明方程至少有乙個不超過的正根。

證:令,;

若,則是方程的乙個實根;

若,則,所以在上滿足零點定理,方程至少有乙個不超過的正根。

例證明方程有且僅有兩個實根。

證:兩邊同乘上,令

,在上連續,

且,所以在上滿足零點定理,所以至少存在

,使得。又因為方程為一元二次方程,至多有二個實根,於是方程有且僅有兩個實根。

2.利用羅爾定理

羅爾定理:如果函式滿足:在連續,在可導,,則在內至少一點,使得(即在該點有平行於軸的切線存在)

思路提示:

1)輔助函式的作法:(以拉格朗日中值定理為例)

分析: ,

令,並移項,得;

令2)驗證在內連續;在內可導;

3)驗證

4)由定理:至少存在一點,使。

例設,不求方程,證明在內各有一根存在。

證:由於在上連續,在可導,又

,所以由羅爾定理,在內至少存在一點,

使得;又為三次函式,所以至多有三根,於是

在內有且僅有一根存在。

例若方程有乙個正根,證明方程

必有一小於的正根。

證:設,在上連續,在內可導,且。由羅爾定理,至少存在,使。即

有乙個正根。

例設滿足的實數,證明方程

在內至少有乙個實根。

分析:函式雖然在上連續,但卻難以驗證在

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