高数 第三章 复习题17题 答案详解

如题所述

第1个回答  2011-11-15
楼上的回答不是很严谨,特别是中间出现一阶导的那步是需要证明的,还是直接从定义出发分析比较好。
以下用x代表x0
由于f''(x)存在,所以f‘(x)存在且连续。
f''(x):=lim(t->0)[f'(x+t)-f'(x)]/t
f'(x+t):=lim(s->0)[f(x+t+s)-f(x+t)]/s
f'(x):=lim(s->0)[f(x+s)-f(x)]/s
所以:
f''(x)=lim(t->0)[f'(x+t)-f'(x)]/t
=lim(t->0)lim(s->0)[f(x+t+s)-f(x+t)-f(x+s)+f(x)]/(ts)
在上面的极限中我们特别地取 t = -s = h 将两个极限合并成一个,不改变原来的极限。所以:
f''(x)=lim(h->0)[f(x)-f(x+h)-f(x-h)+f(x)]/(-h²)
=lim(h->0)[f(x+h)+f(x-h)-2f(x)]/h²追问

我还有一点不明白 就是对于导数定义 [f(x+h)-f(x)]/h 和 [f(x)-f(x-h)]/-h 都等于f'(x)么? 还是可以等于f'(x+h) 也可以等于f'(x) 谢谢

[f(x-h)-f(x)]/-h 为什么不等于 f'(x-h) 而等于f'(x)呢?

追答

lim(h->0)[f(x)-f(x-h)]/-h 不等于f'(x),而是-f'(x),分母应该是x-(x-h)=h才对。
另外,这里根部不存在f'(x+h)和f'(x-h)的问题,因为,f的导数只有在取h->0的极限之后才会出现。h根本不是一个具体的量,所以在lim(h->0)下,f'(x+h)是没有意义的。如果f'(x+h)有意义的话,必须按照我上面定义的,先把h固定,然后让另一个量->0定义这点x+h处的导数。另外还要提醒你一句,lim(?)是很重要的,不要忽略“?”部分到底是什么,这才是极限的关键。

追问

我现在就是关于 f'(x+h)-f(x) 和 f'(x)-f(x+h)是不是相等不太理解 还有就是 这到底等于 f''(x)还是f''(x+h)

追答

lim(h->0)之后,就没有h这个量了,当然就没有f'(x+h)和f''(x+h)这些东西了,你要注意先后顺序,是先求极限之后才有的导数,既然得到了导数,极限过程h->0就消失了,h也消失了。
f'(x+h)-f(x) 和 f'(x)-f(x+h)当然不想等了,这里就是最朴素的相等关系,1不等于2是一个意思。但是我怀疑你是不是想说前面有个lim(h->0),如果这样,当f和f'都是连续的前提下就有:
lim(h->0)f'(x+h)-f(x)=lim(h->0)f'(x)-f(x+h)
有没有取过极限,以及对哪个变量取极限是本质性的问题,不可以想当然。
楼上的朋友回答之中有不少错误,有些问题是小节可以忽略,但是有的错误是很严重的,比如:
“在h->0的时候 f''(x)=f''(x+h) 这是相等的~”
这里他假设了二阶导数f''(x)在x这点是连续的,而且他这句话就是f''连续的数学表达式。题目只说f''(x)是存在的,没有涉及连续性,这里我们只可以知道一阶导数f'是连续的,f''的连续性是没有的。

追问

打错了 是 f'(x+h)-f'(x) 和 f'(x)-f'(x+h)不好意思 麻烦再回答一下 给你追加分数 谢谢了

追答

打不打错都没有关系,如果你真理解了我上面写的内容,就不会再来问了。那我反问你一句,任意给你一个函数g(x),g(x)和-g(x)什么关系,当然是相加等于零,或者固定x来看是互为相反数的关系。那么你自己说 f'(x+h)-f'(x) 和 f'(x)-f'(x+h)什么关系,不能学了点高数就开始怀疑初等数学的东西了。这里面没有矛盾。
但是我上面也解释了,这个问题如果是考虑lim(h->0)的运算的情形下就可以有新的结论。注意lim(h->0)是一个运算,加与不加完全是两回事!又因为这里f'是连续的,注意连续性是核心条件,所以才有:
lim(h->0)f'(x+h)-f‘(x)=lim(h->0)f'(x)-f’(x+h)=0
我发觉你的问题跟很多初学高数的同学一样,第一章的极限没有学懂,或者自以为明白了,其实基本概念是一团糟的,这种情况非常普遍。极限理论是整个微积分的基石,后面所有的理论都离不开它,这里学不透彻,后面的困难会越来越大。建议你重新认真的把极限那一部分学一遍。概念什么的搞透彻。高数也好,数分也好,不下苦工是不行的。看在你问问题很虚心的角度,多给你说这么几句话,希望对你有所帮助。

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第2个回答  2011-11-16
下面的方法应该更为简洁.
lim(h-->0) [f(x0+h)+f(x0-h)-2f(x0)]/h^2(是0/0型不定式,用一次罗比达法则得)
= (1/2) lim(h-->0) [f'(x0+h)-f'(x0-h)]/h
=(1/2) lim(h-->0) [f'(x0+h)-f'(x0)+f'(x0)-f'(x0-h)]/h
=(1/2) lim(h-->0) {[f'(x0+h)-f'(x0)]/h+[f'(x0-h)-f'(x0)]/(-h)}
=(1/2) [f''(x0)+f''(x0)](由二阶导数定义得到)
=f ''(x0).追问

用了洛必达法则以后 第二行 2f(x0) 去哪里了 就这里不明白
为什么f'(x0+h)-f'(x0)不等于f''(x0+h)而等于 f''(x0)呢?谢谢回答

追答

这里2f(x0)是常数,h是变量,利用洛比达法则之后 2f(x0)是一个常数,其导数为0.
当然最后结果是f ''(x0).

第3个回答  2011-11-15
原式
=lim [f(x+h)+f(x-h)-2f(x)]/h^2
=lim [f(x+h)-f(x)-(f(x)-f(x-h))]/h^2
=lim {[f(x+h)-f(x)]/h-[f(x)-f(x-h)]/h}/h
=lim [f'(x+h)-f'(x)]/h(导数定义)
=f''(x)(导数定义)追问

lim {[f(x+h)-f(x)]/h-[f(x)-f(x-h)]/h}/h
为什么不是 [f(x)-f(x-h)]/h 为什么等于f'(x)呢?分子上谁在减号前面就等于谁么?
那为什么lim [f'(x+h)-f'(x)]/h=f''(x)呢 ?谢谢

追答

楼下的搞复杂了,而且二阶导数都存在,还需要证明一阶导数存不存在么~?
这个是标准的解题过程:

追问

我现在就是关于 f'(x+h)-f(x) 和 f'(x)-f(x+h)是不是相等不太理解 还有就是 这到底等于 f''(x)还是f''(x+h)

追答

lim(h->0) [f(x+h)-f(x)]/h=f'(x)
lim(h->0)[f(x+h)-f(x-h)]/h=f'(x-h)
lim(h->0)[f'(x)-f'(x-h)]/h
=lim(h->0)f''(x-h)
=f"(x)
在h->0的时候 f''(x)=f''(x+h) 这是相等的~
f'(x+h)-f(x) 和 f'(x)-f(x+h)这两个比起来有意义么? 拿一阶导数去减原函数 和这题没任何关系呢~

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