【菲赫金哥爾茨微積分學教程精讀筆記Ep57】對Ep56一點步驟上的補充說明

結(jié)合朋友給予的反饋,對上次那一題做一點補充說明,增進大家對這道題的理解。
上一次那道復雜的習題最后涉及到一個方程的解——
“由上述分析以及迭代關(guān)系式,令k趨向于無窮大,即可得到關(guān)于a'與a"的方程組——
lim?x2k=lim(c/2+x2k-1^2/2)=c/2+(lim?x2k-1^2)/2,即a'=c/2+a"^2/2;
lim?x2k-1=lim(c/2+x2k-2^2/2)=c/2+(lim?x2k-2^2)/2,即a"=c/2+a'^2/2;
消去c:由1,c=2a'-a"^2,代入2,a"=(2a'-a"^2)/2+a'^2/2,化簡得到,a"-a'=(2a'^2-a"^2)/2,提公因式,(a"-a')(a"+a'+2)=0;
我們要找到數(shù)列收斂的c的范圍,由數(shù)列收斂,得到a'=a",而a"+a'+2的取值待定——
a.假如a"+a'+2=0,則a"=-2-a';
b.又a"=c/2+a'^2/2,則-2-a'=c/2+a'^2/2,即a'^2+2a'+c+4=0;
c.因為a'與a"此時相等,而b中方程的解對應數(shù)列{x2k}與{x2k-1}的極限的取值,所以不存在相異解,即Δ=4-4(c+4)<=0,c>=-3;
d.若負項數(shù)列{an}收斂,則a"+a'+2當且僅當c=-3時為0,此時數(shù)列極限為-1,其余情況下,均不為0;
由此得到,當-3<=c<0時,原負項數(shù)列收斂。”
老碧又花了一夜時間,讓基友們理解,為啥上述步驟4c是成立的。
老碧的一個朋友的觀點,是很具有代表性的,Ta認為,方程a'^2+2a'+c+4=0有沒有解無所謂,只要a'=a"即可。
實際上,在大多數(shù)類似的題目中,Ta的觀點都是對的。
但是這一題之所以,不能夠讓這個方程有相異解的原因就在于,這是一個迭代數(shù)列,這里方程的兩個解之間是具有聯(lián)系,而非相互獨立的。
我們做一個簡單的推導即可證明4c——
如果方程a'^2+2a'+c+4=0有相異解,則Δ=4-4(c+4)=-4c-12>0;
那么由求根公式得到兩個解,x1=[-2+(-4c-12)^(1/2)]/2=-1+(-c-3)^(1/2),x2=-1-(-c-3)^(1/2);
那么,我們代入已知的a'與a"之間的關(guān)系來看,如果a'=x1=-1+(-c-3)^(1/2),則a"=c/2+a'^2/2=c/2+[-1+(-c-3)^(1/2)]^2/2=c/2+[1-2(-c-3)^(1/2)+(-c-3)]/2=c/2+[-2(-c-3)^(1/2)+(-c-2)]/2=c/2+[-(-c-3)^(1/2)+(-c/2-1)]=-1-(-c-3)^(1/2)=x2;
同理,如果a'=x2,則a"=x1,即方程的兩個解,分別為數(shù)列奇數(shù)項構(gòu)成的數(shù)列{x2k-1}、數(shù)列偶數(shù)項構(gòu)成的數(shù)列{x2k-1}的極限;
所以,如果想要是a'=a”成立,當且僅當x1=x2=-1才行,這是方程a'^2+2a'+c+4=0有解的情況,即(a"-a')(a"+a'+2)=0中,(a"+a'+2)能夠取到0時的情況;
如果方程a'^2+2a'+c+4=0無解,即(a"-a')(a"+a'+2)=0中,(a"+a'+2)恒不為0,那么顯然當且僅當a'=a"時,該等式成立,故而,(a"+a'+2)恒不為0與數(shù)列收斂不存在明顯沖突的條件,即,Δ=4-4(c+4)<=0,c>=-3,也就是我們要找的負項數(shù)列時,數(shù)列收斂時c的取值范圍。
今天就到這里!