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积分第二中值定理“中间点”的分析性质

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第26卷第3期 大 学 数 学 Vo1.26,№.3 2010年6月 COLLEGE MATHEMATICS Jun.2010 积分第二中值定理“中间点’’的分析性质 杜争光 (陇南师范高等专科学校数学系,甘肃成县742500) [摘 要]主要讨论了积分第二中值定理“中间点”的连续性和可导性. [关键词]积分第二中值定理;“中间点”;分析性质 [中图分类号]0172.2 [文献标识码]C [文章编号]1672—1454(2010)03—0155—06 文Ell和文[2]对积分第二中值定理“中间点”的渐近性进行了研究,得到了一系列很好的结果.本文 通过在一定条件下,对“中间点”的分析性质的探讨,得到了一些关于连续性和可导性方面的结果,从而 使渐近性的结果成了其特例. 为了便于讨论,现将积分第二中值定理叙述如下: 设函数g(z)在[口,6]可积. 1。若函数,(z)单减,且 (z)≥O,则j ∈[n,6],使得 I'b r} I f( )g(z)dz一厂(口)I g(z)dx; 2。若函数,(z)单增,且厂(z)≥O,则 ∈[口,b3,使得 r6 r6 J口 I厂(z)g(z)dxz厂(口)lJ f  g(z)dx; 3。若函数,(z)单调,且厂( )≥0,则 叩∈[n,53,使得 Pb 厂 I*b JI n f(x)g(x)dx=f(a)IJ口  g(z)如+厂(6)IJ 目 g(x)dx. 这里 , , 分别称为积分第二中值定理1。,2。,3。的“中间点”.下面分别讨论 , , 的分析性质. 定理1设函数-厂(£)在[口,z]连续,单减,且,( )>O,g(£)在[口,z]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理l。所确定的“中间点”,则 是X的连续函数,且 (n)一口. 证先证 是z的函数,只需证明Vz∈Ea,6],存在唯一的 与之对应即可. 事实上, 的存在性已由积分第二中值定理给出,因此,只证 的唯一性.反证V X∈[n,6], 。, ∈Ea, ],使得 rI厂(z  )g(£)dt=厂(口)lr }t g( )dt和 l,(£rz )g(£)dt=厂(口)Ir e, g(f)dt, 于是有 fI  ’7 (f)g( ) f I,(dt- -7 (£)g(£)  厂(dt= (口)f口)I  (g d( )t) t-f(a)fl  g(g(£)d£, 广 r£ 即,(口)IJ} l g(t)dt=O.注意到厂(f)>o,则I。g(J 1 z)dt=0.又由于g(f)不变号,不妨设g(£)>o,于是由 r I g(£)dr=0,必有 。一&.即有V z∈Ea,6],存在唯一的e∈[n,z]与之对应.所以 是 的函数,记为 J}1 一 ( ).显然有 (n)一n. 次证, 一 (z)的连续性.设V X∈Ea,51,使z+△z∈Ea,51,则有 [收稿日期]2008—03—14; [修改日期]2008—05—30 156 大 学数 学 第26卷 cI  f(t)g(t)dt=-f(a)If Hz g(t)dt和 }f z十△ 厂(£)g(£)dt ̄-f(a)Ir r ’+△l1 g(t)dt, 4 J 4 J n J 0 从而有 rl +△ f(t)g(t)dt--I f(t)g(t)dt=f(a)Ir }( +d ) g(t)dt-f(a)lr #( g(t)dt, J n J d J 4 J 0 即 I f(t)g(t)dt=f(a)I g(t)dt. 注意到厂(£)和g( )的连续性,由积分第一中值定理,]f。在 (z)与{(z+△z)之间,j C 在z+△z与 之间,使得 re( — △z) 厂(£)g( )dt=f(c2)g(c2)zx z 和 IJ (z)  g( )dr=g(c1)( (z+△z)一e(z)). 于是有 f(cz)g(c2)△z—f(a)g(c1)( (z+△z)一 ( )), 所以 (z+A x)一 ( )一 △z. (1) 由于厂( )和g( )的连续性,极限limg(c2)一g(z),limf(c2)=-f(x)R g(c )≥a>0,于是 z+A x ( 一 A x△z斗0 △ —O /- “, 6"1 , 因此, === (z)是z的连续函数. 定理2设函数厂(£)在[口, ]连续,单减,且,(£)>0,g( )在[口,z]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理1。所确定的“中间点”,则 一 (z)是可导的,且 一 . 证 由定理1的(1)式,有 (z+Ax)一 (z)一 △z. 注意到,( ),g(£)与 (z)的连续性和△z—O时C 一 (z),C2一 ,就有 :== △ —o = /-3 z △ _.o凳t厂 .a C1 △ ,X=  口 g L∈LzJ . 推论1设函数/(£)在[&, ]连续,单减,且厂( )>O,g( )在[n,z]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理1。所确定的“中间点”,则lim£ 一1. 证由于 (口)一a,因此 l im一lim 一 一 一d Z一。 口 …z—d Z—n r L口 L∈L口,J 注推论1正是文Eli的定理1和文[2]的推论1. 下面讨论“中间点” 的分析性质. 定理3设函数f(t) ̄iEFa,z]连续,单增,且,(n)≥0,g(£)在[口, ]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理2。所确定的“中间点”,则 是X的连续函数,且 (n)一口. 证 是z的函数及 (n)一n的证明可参考定理1的证明。 下证 一 ( )的连续性.设V xE[口,6],使z+△z∈[口,6],则有 CI,(z  )g(£)dt=厂(z)I z g(£)dt 和 I z+ z 厂(f)g(£)dr=f(x+A )I l七 g( )dt, JⅡ J C(z) J d J r( +△z) 从而有 rz+△z f'x rz+△z rz  I厂(£)g(£)dt-I f( )g( )dt=f(x+△z)I g( )dt-厂(z)I g(£)dt, 即 第3期 杜争光:积分第二中值定理“中间点”的分析性质 157 r )JI z ,(f)g(£) dt=f(x+A z)((I、 J r( +△ ) g㈤+ (£) +Idt J r(z) g( )r ∽1) Idt+ gJ  ( d£) lt / 一,( )IJ g}(z) g(().£t)dt. 整理得 Ir 抖△z (厂(£)--f(x-[- ̄z))g(£)dr=,(z+△z)If  z g(£)dt+lr z (厂(z+△z)--f(x))g(£)dt, 即 rr<z) rj斗 X r f(x-+-A z)I g(£)dr=I ( (£)--f(x+A z))g(£)dt-I (厂( +△z)--f(x))g(£)dt. 注意到/(£)和g(£)的连续性,由积分第一中值定理,]c 在 ( +△ )与 ( )之间,j cz在 ( )与 之间,]c。在 +A z与 之间,使得 rr( ) f(x-F- ̄z)IJ r( +△.  ) g(t)dt=f(x+A x)g(c )( (z)一 (z+△ )), r Jl r( ) ( (z+△z)--f(x))g(£)d 一(厂( +△ )--f(x))g(cz)(x-- (z)), rz+△ I (厂(£)一f(x+△ ))g( )dt=(厂(c3)--f(x+△z))g(c3)△ . 于是有 厂(z+△x)g(c1)( (z)一 ( +△ )) 一(f(c3)一厂(z+△z))g(c3)△z一(厂(z+△z)--f(x))g(c2)(z— (z)), 所以 +A x ( 看 .(2) 由于 ( )和g(f)的连续性,极限limf(x+A )一厂( ),liarf(c3)一-厂(z)且g(c1)≥a>O,于是 lim( (z+△ )一 ( )) 4 —’0 =lim一。 看 因此, — (z)是 的连续函数. 定理4设函数厂(z)在a, ]可导,单增,且厂(口)≥O,g( )在[n,z]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理2。所确定的“中间点99 9则 — (z)是可导的,且 (z)一 . 证 由定理3的(2)式,有 +A x ( 丝 . 注意到厂(£)的可导性及g(£)与 (z)的连续性和△z—O时C1--- ̄(x),fz— ( ),c。一z,有 ( )一lim 立 一 △ _. 0 r 十 z5 , c1 △z 一 高等 一 一 : 兰 墨!芏! 二羔! 2 2 一! !兰2二 ! 曼 ,(z)g( ( )) -厂(z)g( (z)) 一 :!兰2 1 二 !=兰2 2 -厂(z) ’ 推论2设函数厂(£)在[n,z]可导,单增,且厂(n)≥O,g(£)在[口,z]连续且不变号, 是由积分第二 中值定理2。所确定的“中间点”,则 (i)当 (n)≠O时,lim 一0; —n X一口 158 大 学 数 学 第26卷 (ii)当,(口)一, (口)一・一,‘n (n)一0,但f‘ (n)≠0时,lim === !_. 证 由于 (口):口,因此lim —lim—g(x)--g(a)一 (—n). ’ z—n Z一口r,口 Z—n (i) 当厂(口)≠o时, (n)=== 一0; (ii)当,(口)一厂(n)_.-・一厂 (n)一0,但f‘” (日)≠o时,利用L,Hospital法则,有 ㈤一 ( 一 争 一 十卜lira+C( 一因此, 22 lim( )=l)= im L 等 +1+.. 一d + — 口 J … 重复以上过程 一1次,有 cz 一 +r/-1 ̄f㈤cn + 一 n’ +n--l=_-- (z) 因此,( (z) 即lim一 一 ・ …注推论2正是文Eli的定理2及定理3和文[2]的推论2. 下面讨论“中间点” 的分析性质. 定理5设函数厂( )在[a,-z]连续,单调,且厂(£)不是常数,g( )在[n,z]连续且不变号,叩是由积分 第二中值定理3。所确定的“中间点”,则 是z的连续函数,且 (。)一a. 证 是z的函数及Tl(a)一口的证明参考定理1. 现证 一 (z)的连续性.设V z∈[n,6],使z+△:rE[n,6],则有 rT r ( ) r I,(£)g( )dt一-厂(n)I g(£)dt+厂(1z)I g(£)dt, rx+z ̄ r 7/( +△z) rT+△ l f( )g(≠)dr=,(日)I g(£)dt十f(x+△z)J g(£)dt, 从而有 r d r (z+△T) r +△z r Jl (£)g(z)dt=f(a)IJ 71( ) g( )dt+f(x+A.z)IJ ( +△ )  g(£)dt--f(x)lJ ( )  g(z)dt, 即 rz+△ r (z+△ ) r日(z) r Jl 212 厂(£)g(f)dt一厂( )I。J日( )  g(z)dt+f(x+A lz)IJ ( +△z)  g(z)dt+f(x+A z)lJ日(  ) g(t)dt f'x十△z rI +f(x+A )IJ  g(£)dt--f(x)IJ"(  ) g( )dt, 整理得 ( (口)一 ( +△ ))g(£)d£ J (z) r + z r 一Jl z (,(£)一f(x+A z))g(f)dt--J∞(z)I  (厂(z+△ )一厂(1z))g( )dt. 注意到,( )和g(£)的连续性,由积分第一中值定理,了c 在 (z+△z)与 (z)之间,]C2在 与 ( ) 之间, c。在X与z+△z之间,使得 I‘ (,(口)--f(x+A z))g( )d 一(厂(以)--f(x+A z))g(c1)( (z+△ )一j7(z)), Jl "( ) ( ( +△ )--f(x))g( )d£一(/( +△z)--f(x))g(fz)(x-- ( )), 第3期 杜争光:积分第二中值定理“中间点”的分析性质 159 rI z+d (-厂(£)--f(x+A z))g(£)d£一(厂(c3)--f(x+A ))g(ca)△z, J 于是 (,(n)一,( +△ ))g(c1)('7( +△z)一 (z)) 一(厂(c3)一厂( +△z))g(c3)△z一(厂(z+△z)--f(x))g(c2)( 一7i(x)). 所以 (z+△z)一 (z)一 (厂(z+△z)--f(x))g(c )(z一(z))一( (c。)一,( +4 (,(z+△ )--f(a))g(c1) 曼 垒 . (3)  f(x+A z)一厂(z)’ li mf(c。)一,(z)且g(c )≥口>o・于是,由于厂(£)和g(£)的连续性,极限 im一。一。im(y(xq-Az)一叩(z)) 一:=lim △z—・0 (厂(z+△z)--f(x))g(c2)(z一(z))一(厂(c3)一厂(z+△ ))g(c3) (厂( +A z)-f(a))g(c1) 一0. 因此, —17( )是z的连续函数・ 定理6设函数厂(£)在Va,z]可导,单调,且厂(£)不是常数,g(£)在[n, ]连续且不变号,叩是由积分 第二中值定理3。所确定的“中间点”,则 一 (z)是可导的,且 (z)一 簧荟 证 由定理(5)的(3)式, -. . c2)x-Tx))c)x)--f(x))g((I((f( -f(x+A x))g(ca)A x(z+△z)一17(z)一—(f(x+A (az+△z))((-厂,(口)gc)一注意到,(£)可导性和g(£)与71(x)的连续性和△z—O时c 一叩( ),cz-- ̄Tl(x),C3一z且厂(£)不是常数, 有 叩,(z)一lim y(x+Z ̄x)--q(x). ... 一 lim——————— —. — (厂(z+△ )--f(x))g(c2)(x--刀( ))一(厂(f3)--f(x+A z))g(c3)△z 再 —————一 .一△ 一o (厂(z △ )一厂(+- 了 n))g(c1)△z 一一 -lim111。(厂( +△z)--f(x))g(c2)(x--'7(z)) 1.(,(c3)一f(x+△z))g(c3)△z . 一(,( +△z) -—f(a—))—g(cl )△z 2 一 : 兰 墨 ! 2 2 1 二翌!兰 一 1 ! 2二 . (厂(z)--f(a))g(叩(z)) (厂(z)--f(a))g( (z)) 一 : 兰 !兰二 2 2 } )——, a) 推论3设函数f(t)7 ̄E[-a,z]可导,单调,且厂(£)不是常数,g(£)在[口,z]连续且不变号,叩是由积分 第二中值定理3。所确定的“中间点”,则 m(i)当厂(n)≠0时,l i—r/--a 一一。 专; r/--一(ii)当 (口)一・一厂‘一1 (n)一o,但f‘ (n)≠o时,l im z证 由于 (口)一n,因此lim ̄/--a.一lim 至 a 一 n. 一 ,(口). (i)当厂(n)4:0时,利用L’Hospital法则,有 (口)一 即有2 lia (z)一1.所以lri一口 。)一 pn十 Z 若 — 一厂 ) lim x -)一y(厂x() Z (以 .(a)南 ‘1一 ))一1一 ), ,一 ,(z 一 磐 m 7/ (z)一专,lm;ir/-一a。 .一 1 (ii)当厂(n)一・一厂 (口)一0,但f (口)≠0时,利用L’Hospital法则,有 l6O 大 学数 学 第26卷 一 遗 z一Ⅱ+ J _z 一 一 liar)+1. —n+ , kx) 一口+ 因此,2lira7/ )一 +1. +…n 一 +rl-1 ̄ + 一 +.-1=-lira ) . …因此,( +1)lim + 7/(z)=",即lim (—d—n+ z)= 十1 ,所以lT一口Z—im a 一 —t-l . 注 椎诊3皂寸r1]的窜硼4 硼5和寸厂 ]的椎诊3 [参 考 文 献] E1]吴至友,夏雪.积分第二中值定理“中间点”的渐近性EJ].数学的实践与认识,2004,34(3):17O一176. [2]刘文武.积分第二中值定理“中间点”的渐近性分析[J].数学的实践与认识,2005,35(9):221—225. The Analytic Properties of‘‘The Intermediate Point’’in the Second Mean Value Theorem for Integrals DU Zheng—guang (Department of Mathematics,Longnan Teachers College,Chengxian,Gansu 742500,China) Abstract:We discuss some analytic properties of“the intermediate point’’in the second mean value theorem for integrals,such as continuous and derivative. Key words:the second mean value theorem for integrals;“the intermediate point”;analytic properties 

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