CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ĐỊNH LÝ GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH

Các định lý về giá trị trung bình đóng một vai trò quan trọng trong giải tích toán học, và đượcthường xuyên khai thác trong các kỳ thi Olympic Toán địa phương, quốc gia và quốc tế (ở cấpđộ học sinh THPT hoặc sinh viên Đại học). Chúng tỏ ra là một công cụ rất hiệu lực trong việcgiải các bài toán liên quan đến sự tồn tại nghiệm và các tính chất định lượng của nghiệm củanhiều dạng phương trình khác nhau. Trong bài báo này ta lần lượt khảo sát các bài toán nhưthế nhờ ứng dụng các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ĐỊNH LÝ GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH LỚP CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ĐỊNH LÝ GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH ON A CLASS OF PROBLEMS SOLVABLE BY USING MEAN- VALUE THEOREMS LÊ HOÀNG TRÍ Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng LÊ HOÀNH PHÒ HV Cao học khoá 2004-2007 TÓM TẮT Các định lý về giá trị trung bình đóng một vai trò quan trọng trong giải tích toán học, và được thường xuyên khai thác trong các kỳ thi Olympic Toán địa phương, quốc gia và quốc tế (ở cấp độ học sinh THPT hoặc sinh viên Đại học). Chúng tỏ ra là một công cụ rất hiệu lực trong việc giải các bài toán liên quan đến sự tồn tại nghiệm và các tính chất định lượng của nghiệm của nhiều dạng phương trình khác nhau. Trong bài báo này ta lần lượt khảo sát các bài toán như thế nhờ ứng dụng các định lý về giá trị trung bình trong ba lĩnh vực: liên tục, khả vi và khả tích. ABSTRACT Theorems of the so-called mean-value kind play an important role in mathematical analysis and are frequently exploited in regional, national and international olympiads (of high-school or university level). They are the most powerful tool in solving problems concerning the existence and quantitative property of solutions to various equations. In this paper, we investigate some kinds of problems using such theorems in the three subjects: continuity, differentiability and integrability.1. Phương pháp sử dụng hàm số liên tục Định lý 1.1 Nếu hàm số f liên tục trên đoạn [a;b] và f(a).f(b) < 0 thì có ít nhất một điểm c ∈ (a;b) để f(x) = 0. Định lý 1.2 Giả sử f là một hàm liên tục trên [a;b] và f(a) = A, f(b) = B. Lúc đó nếu C làmột số bất kỳ nằm giữa A và B thì có ít nhất một điểm c ∈ (a;b) để f(c) = C. Định lý 1.3 Nếu f là một hàm liên tục trên [a;b] thì f nhận mọi giá trị trung gian giữa giátrị nhỏ nhất m và giá trị lớn nhất M của nó trên đoạn đó. Các bài toán áp dụng: Bài toán 1: Chứng minh phương trình: x3 − x + 1 = 0 có 3 nghiệm phân biệt. Tính tổngcác luỹ thừa bậc 8 của 3 nghiệm đó. (Olympic Việt Nam) Giải: Xét hàm số: y = f(x)= x3 − x + 1 thì f liên tục trên D = R. 1 2 Ta có: f(-2)= -5 < 0; f(0)= 1 >0; f( )= 1− 0 3 3 nên phương trình cho có 3 nghiệm phân biệt x1, x2, x3. Theo định lý Viet: x1 + x2 + x3 = 0; x1x2 + x2x3 + x3x1 = −1; x1x2x3 = −1 Ta có: x i − xi + 1 = 0 ⇒ x i = xi − 1 3 3 ⇒ x5 = x 3 − x i = −x i + xi − 1 nên: x8 = 2 x i − 3xi + 2 2 2 2 i i i 3 3 3 Do đó: T = ∑x i =1 i 8 = 2 ∑ xi 2 − 3 ∑ xi + 6 i =1 i =1 3 = 2[( ∑ xi )2 − 2 i∑1 3 3 ] − 3 ∑ xi + 6 =10. xi x j , j= i =1 i≠ j i =1Bài toán 2: Chứng minh tập nghiệm của bất phương trình: 1 2 70 5 + + ... + ≥ x −1 x − 2 x − 70 4 là hợp các khoảng rời nhau và có tổng độ dài là 1988. (Olympic Quốc tế) 1 2 70 5 70 k 5 Giải:Ta có: + + ... + − =∑ − x −1 x − 2 x − 70 4 k =1 x − k 4 ∑ k ∏ ( x − j) j≠k 5 4∑ k ∏ ( x − j ) − 5∏ ( x − j ) j≠k = − = ∏ ( x − j) 4 4∏ ( x − j ) f ( x) = với qui ước k, j = 1,70. g ( x) Rõ ràng g(x) = 0 có 70 nghiệm x = 1,2,..., 70 Và f liên tục trên R, f(k).f(k+1) < 0 với k = 1,69 và xlim f(x) < 0 , f(70) > 0 nên cũng c ...