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二元函数方程f(x)求解:无需一阶导数的方法探讨

不用一阶导数求解函数表达式的方法

首先明确问题:已知(x,y\in\mathbb{R}),满足(|f(x)-f(y)|\leq(x-y)^2),且(f(1)=2),求(f(x))的表达式。

不用导数的话,我们可以利用三角不等式极限思想来推导,具体步骤如下:

  • 对于任意实数(x),设(t = x - 1),也就是(x = 1 + t)。我们把区间([1, x])(或([x,1]),取决于(t)的正负)分成(n)个相等的小段,分点依次是:
    [1,\ 1+\frac{t}{n},\ 1+\frac{2t}{n},\ \dots,\ 1+\frac{(n-1)t}{n},\ 1+t=x]

  • 根据三角不等式,(|f(x)-f(1)|)可以拆成相邻分点函数值差的绝对值之和:
    [
    |f(x)-f(1)| = \left|f\left(1+t\right) - f(1)\right| \leq \sum_{k=1}^n \left|f\left(1+\frac{kt}{n}\right) - f\left(1+\frac{(k-1)t}{n}\right)\right|
    ]

  • 代入题目给出的条件(|f(a)-f(b)|\leq(a-b)^2),每一项的绝对值都满足:
    [
    \left|f\left(1+\frac{kt}{n}\right) - f\left(1+\frac{(k-1)t}{n}\right)\right| \leq \left(\frac{t}{n}\right)^2
    ]

  • 把(n)项加起来,总和满足:
    [
    |f(x)-f(1)| \leq n \cdot \left(\frac{t}{n}\right)^2 = \frac{t^2}{n}
    ]

  • 现在看右边的(\frac{t^2}{n}):(t = x-1)是固定的实数,当(n)取任意正整数时,我们可以让(n)趋向于无穷大,此时(\frac{t^2}{n})会趋向于0。这意味着(|f(x)-f(1)|)必须小于等于任意趋近于0的正数,那它只能等于0,即:
    [
    f(x) = f(1) = 2
    ]

这样就不用导数的方法推导出了(f(x))的表达式,是不是很巧妙?

内容的提问来源于stack exchange,提问作者DXT

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