Файл: Первые понятия мат анализа .pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 530

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

êîòîðûõ

x

âõîäèò â îáùóþ ÷àñòü îáëàñòåé îïðåäåëå-

íèÿ ýòèõ ôóíêöèé;
á) äëÿ êàæäîãî òàêîãî

x

ïðîèçâåñòè óìíîæåíèå îðäè-

íàò ( ñîîòâåòñòâóþùèõ äàííîìó

x

) ýòèõ äâóõ ãðàôè-

êîâ.

Óïðàæíåíèå 6
Ïîñòðîèòü ãðàôèêè ôóíêöèé, èñïîëüçóÿ, ñîîòâåòñòâåííî,

ñëîæåíèå èëè óìíîæåíèå èçâåñòíûõ ãðàôèêîâ ôóíêöèé:

1.

y

=

x

+ sin

x

;

2.

y

=

x

+ arctg

x

;

3.

y

=

x

sin

x

;

4.

y

=

x

cos

x.

7. Ìåòîä ìàòåìàòè÷åñêîé èíäóêöèè

Ìíîæåñòâî íàòóðàëüíûõ ÷èñåë

N

=

{

1

,

2

,

3

, . . .

}

îáëàäàåò

îäíèì î÷åíü âàæíûì ñâîéñòâîì, êîòîðîå îòëè÷àåò åãî îò

âñåõ äðóãèõ ïîäìíîæåñòâ ìíîæåñòâà âåùåñòâåííûõ ÷èñåë.

Ýòî ñâîéñòâî íàçûâàåòñÿ õàðàêòåðèñòè÷åñêèì ñâîéñòâîì

íàòóðàëüíûõ ÷èñåë è çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì:
Òåîðåìà 1. Ïóñòü

A

 ïîäìíîæåñòâî ìíîæåñòâà

N

âñåõ

íàòóðàëüíûõ ÷èñåë, êîòîðîå óäîâëåòâîðÿåò ñëåäóþùèì

ñâîéñòâàì:

1.

1

A

;

2. åñëè

n

A,

òî

(

n

+ 1)

A.

Òîãäà

A

=

N

.

Íà õàðàêòåðèñòè÷åñêîì ñâîéñòâå ìíîæåñòâà íàòóðàëü-

íûõ ÷èñåë îñíîâàí òàê íàçûâàåìûé ìåòîä ìàòåìàòè-

÷åñêîé èíäóêöèè, êîòîðûé ñîñòîèò â ñëåäóþùåì:

31


background image

Îáîçíà÷èì ÷åðåç

A

ìíîæåñòâî íàòóðàëüíûõ ÷èñåë,

óäîâëåòâîðÿþùèõ íåêîòîðîìó ñâîéñòâó

P

, ñôîðìóëèðî-

âàííîìó äëÿ ëþáîãî íàòóðàëüíîãî ÷èñëà. (Ñâîéñòâî

P

ìî-

æåò áûòü ðàâåíñòâîì, íåðàâåíñòâîì èëè êàêèì-íèáóäü

äðóãèì ñâîéñòâîì.) Ïðîâåðèì, ÷òî ÷èñëî

n

= 1

A,

ò. å.

ïðè

n

= 1

ñâîéñòâî

P

âûïîëíåíî. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ÷èñ-

ëî

k

A,

ò. å. ïðè

n

=

k

ñâîéñòâî

P

âûïîëíåíî. Èñõîäÿ

èç ýòîãî ïðåäïîëîæåíèÿ, äîêàæåì, ÷òî îíî âûïîëíÿåòñÿ

äëÿ

n

=

k

+ 1

.

Òîãäà èç òåîðåìû âûòåêàåò, ÷òî

A

=

N,

ò. å. ñâîéñòâî

P

âûïîëíåíî äëÿ âñåõ

n

N.

Ïðèìåð 11

Äîêàçàòü, ÷òî ïðè âñåõ

n

N

ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâî

1

3

+ 2

3

+

. . .

+

n

3

= (1 + 2 +

. . .

+

n

)

2

.

(2)

1. Ïðè

n

= 1

ðàâåíñòâî (2) ÿâëÿåòñÿ âåðíûì, òàê êàê

1

3

= 1

2

.

2. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ðàâåíñòâî (2) âåðíî äëÿ ÷èñëà

n

.

Èñõîäÿ èç ýòîãî ïðåäïîëîæåíèÿ, äîêàæåì ñïðàâåäëè-

âîñòü ðàâåíñòâà (2) è äëÿ ñëåäóþùåãî ÷èñëà

(

n

+ 1)

, òî

åñòü ïðîâåðèì, âåðíî ëè ðàâåíñòâî:

1

3

+2

3

+

. . .

+

n

3

+(

n

+1)

3

= [1 + 2 +

. . .

+

n

+ (

n

+ 1)]

2

.

(3)

Äëÿ ýòîãî, èñïîëüçóÿ ðàâåíñòâî (2) è ôîðìóëó äëÿ ñóì-

ìû àðèôìåòè÷åñêîé ïðîãðåññèè

1

, ïåðåïèøåì ëåâóþ ÷àñòü

(3) â âèäå:

1

3

+ 2

3

+

. . .

+

n

3

+ (

n

+ 1)

3

= (1 + 2 +

. . .

+

n

)

2

+ (

n

+ 1)

3

=

=

·

n

(

n

+ 1)

2

¸

2

+ (

n

+ 1)

3

=

n

2

(

n

+ 1)

2

4

+ (

n

+ 1)

3

=

= (

n

+ 1)

2

·

n

2

4

+

n

+ 1

¸

=

(

n

+ 1)

2

(

n

+ 2)

2

4

.

1

Íàïîìíèì, ÷òî ñóììà

n

÷ëåíîâ àðèôìåòè÷åñêîé ïðîãðåññèè ìîæåò áûòü íàé-

äåíà ïî ôîðìóëå:

S

n

=

a

1

+

a

2

+

· · ·

+

a

n

=

a

1

+

a

n

2

n

.

32


background image

Òåïåðü ïðåîáðàçóåì ïðàâóþ ÷àñòü (3), èñïîëüçóÿ ôîð-

ìóëó äëÿ ñóììû àðèôìåòè÷åñêîé ïðîãðåññèè:

[1 + 2 +

. . .

+ (

n

+ 1)]

2

=

·

(

n

+ 1)(

n

+ 2)

2

¸

2

=

(

n

+ 1)

2

(

n

+ 2)

2

4

.

Ñðàâíèâàÿ äâå ïîñëåäíèå ôîðìóëû, ïîëó÷àåì, ÷òî ðàâåí-

ñòâî (3) âåðíî.

Òàêèì îáðàçîì, ìû äîêàçàëè ôîðìóëó (2) ïî ìåòîäó ìà-

òåìàòè÷åñêîé èíäóêöèè.

Óïðàæíåíèå 7

1. Äîêàçàòü ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ìàòåìàòè÷åñêîé èíäóê-

öèè, ÷òî ïðè êàæäîì

n

N

âåðíû ðàâåíñòâà:

1)

1

·

2 + 2

·

5 +

. . .

+

n

(3

n

1) =

n

2

(

n

+ 1);

2)

1

·

2 + 2

·

3 +

. . .

+

n

(

n

+ 1) =

1
3

n

(

n

+ 1)(

n

+ 2);

3)

1

·

4 + 2

·

7 +

. . .

+

n

(3

n

+ 1) =

n

(

n

+ 1)

2

;

4)

1

2

+ 2

2

+ 3

2

+

. . .

+

n

2

=

1
6

n

(

n

+ 1)(2

n

+ 1);

5)

1

2

+ 3

2

+ 5

2

+

. . .

+ (2

n

1)

2

=

1
3

n

(4

n

2

1);

6)

1

1

·

5

+

1

5

·

9

+

. . .

+

1

(4

n

3)(4

n

+1)

=

n

4

n

+1

;

7)

1

1

·

3

+

1

3

·

5

+

. . .

+

1

(2

n

1)(2

n

+1)

=

n

2

n

+1

;

8)

1

4

·

5

+

1

5

·

6

+

. . .

+

1

(

n

+3)(

n

+4)

=

n

4(

n

+4)

;

9)

1

2

·

5

+

1

5

·

8

+

. . .

+

1

(3

n

1)(3

n

+2)

=

n

6

n

+4

;

10)

1

1

·

4

+

1

4

·

7

+

. . .

+

1

(3

n

2)(3

n

+1)

=

n

3

n

+1

.

2. Äîêàçàòü ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ìàòåìàòè÷åñêîé èíäóê-

öèè, ÷òî ïðè çàäàííûõ

n

N

âåðíû íåðàâåíñòâà:

1)

2

n

> n,

n

2;

2)

2

n

(

n

1)

2

> n

!

,

n

3;

33


background image

3)

4

n

n

+1

<

(2

n

)!

(

n

!)

2

;

4)

1

n

+1

+

1

n

+2

+

. . .

+

1

2

n

>

13
24

;

5)

1
2

·

3
4

·

5
6

·

. . .

2

n

1

2

n

<

1

3

n

+1

.

8. Áèíîì Íüþòîíà. Òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ

Èç øêîëüíîé ïðîãðàììû õîðîøî èçâåñòíû ôîðìóëû êâàä-

ðàòà è êóáà ñóììû äâóõ ÷èñåë:

(

a

+

b

)

2

=

a

2

+ 2

ab

+

b

2

,

(

a

+

b

)

3

=

a

3

+ 3

a

2

b

+ 3

ab

2

+

b

3

.

Óìíîæèâ ïîñëåäíåå ðàâåíñòâî íà

(

a

+

b

)

, ëåãêî ïîëó÷èòü

ôîðìóëó äëÿ

(

a

+

b

)

4

è ò. ä.

 äàëüíåéøåì íàì ïîòðåáóåòñÿ ñóììó äâóõ ÷èñåë

(

a

+

b

)

âîçâîäèòü â ïðîèçâîëüíóþ ñòåïåíü

n

N

. Ôîðìóëà, âûðà-

æàþùàÿ íàòóðàëüíóþ ñòåïåíü ñóììû äâóõ ÷èñåë ÷åðåç ðàç-

ëîæåíèå ïî ñòåïåíÿì ýòèõ ÷èñåë, áûëà ïðåäëîæåíà Íüþòî-

íîì â 1664 ãîäó è ïîëó÷èëà íàçâàíèå áèíîìà

1

Íüþòîíà:

(

a

+

b

)

n

=

=

C

0

n

a

n

+

C

1

n

a

n

1

b

+

. . .

+

C

k

n

a

n

k

b

k

+

. . .

+

C

n

n

b

n

,

(4)

ãäå êîýôôèöèåíòû

C

k

n

 íåêîòîðûå ÷èñëà, êîòîðûå ïðèíÿòî

íàçûâàòü áèíîìèàëüíûìè êîýôôèöèåíòàìè, è êîòîðûå ìû

ñåé÷àñ îïèøåì.

Äëÿ òîãî, ÷òîáû çàïèñàòü ôîðìóëó äëÿ âû÷èñëåíèÿ áè-

íîìèàëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ

C

k

n

íàì ïîíàäîáèòüñÿ ââåñòè

ïîíÿòèå ôàêòîðèàëà íàòóðàëüíîãî ÷èñëà.
Îïðåäåëåíèå 8. Ôàêòîðèàëîì ÷èñëà

m

íàçûâàåòñÿ ïî-

ñëåäîâàòåëüíîå ïðîèçâåäåíèå âñåõ íàòóðàëüíûõ ÷èñåë îò

1

äî

m

. Îáîçíà÷àåòñÿ ôàêòîðèàë ÷èñëà

m

òàê:

m

! = 1

·

2

·

3

·

. . .

·

m.

1

Áèíîì, ò.å. äâó÷ëåí.

34


background image

Òàêèì îáðàçîì,

1! = 1

,

2! = 2

,

3! = 6

,

4! = 24

. Ïî îïðå-

äåëåíèþ ïîëàãàþò, ÷òî

0! = 1

.

Òåïåðü ìû ìîæåì çàïèñàòü ôîðìóëó äëÿ âû÷èñëåíèÿ

áèíîìèàëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ:

C

k

n

=

n

!

k

!(

n

k

)!

,

k

= 0

,

1

, . . . , n.

(5)

×èñëà

C

k

n

âû òàêæå âñòðåòèòå ïîçæå â êóðñå òåîðèè âåðî-

ÿòíîñòåé, òàì áóäåò ïîêàçàíî, ÷òî ÷èñëî

C

k

n

ðàâíî ÷èñëó

ñïîñîáîâ, êîòîðûìè èç

n

ýëåìåíòîâ ìîæíî âûáðàòü

k

ýëå-

ìåíòîâ è íàçûâàåòñÿ ýòî ¾÷èñëî ñî÷åòàíèé èç

n

ýëåìåíòîâ

ïî

k

ýëåìåíòîâ¿.

Áèíîìèàëüíûå êîýôôèöèåíòû îáëàäàþò ñëåäóþùèìè

ñâîéñòâàìè:

C

0

n

=

C

n

n

= 1

,

C

k

n

=

C

n

k

n

,

C

k

n

+

C

k

1

n

=

C

k

n

+1

,

k

= 1

,

2

, . . . , n.

(6)

Åñëè â ôîðìóëå (5) äëÿ

C

k

n

ìû ñîêðàòèì îáùèå ìíîæè-

òåëè â

n

!

è

(

n

k

)!

, òî ïîëó÷èì:

C

0

n

= 1

,

C

1

n

=

n

,

C

2

n

=

n

(

n

1)

2!

è ò. ä., â ðåçóëüòàòå ìû çàïèøåì áèíîì Íüþòîíà åùå â îä-

íîé ôîðìå:

(

a

+

b

)

n

=

=

a

n

+

na

n

1

b

+

n

(

n

1)

2!

a

n

2

b

2

+

n

(

n

1)(

n

2)

3!

a

n

3

b

3

+

+

· · ·

+

n

(

n

1)

· · ·

(

n

k

+ 1)

k

!

a

k

b

n

k

+

+

· · ·

+

n

(

n

1)

· · ·

2

·

1

n

!

b

n

.

(7)

Çàìåòèì, ÷òî êîýôôèöèåíòû, ðàâíîóäàëåííûå îò êîíöîâ

ðàçëîæåíèÿ, ðàâíû ìåæäó ñîáîé, ýòî âûòåêàåò èç (6), â

÷àñòíîñòè,

C

n

2

n

=

C

2

n

=

n

(

n

1)

2

,

C

n

1

n

=

C

1

n

=

n,

C

n

n

=

C

0

n

= 1

.

35