求解积分方程∫_{{x:f(x)>k}}f(x)dx=c中参数k的方法及示例请求
求解积分方程∫_{{x:f(x)>k}}f(x)dx=c中参数k的方法及示例请求
没问题!我来一步步给你讲清楚怎么求这个k,再给你个简单的小例子帮你理解~
首先,核心思路是这样的:
- 第一步,你得先明确函数$f(x)$的具体形式(比如它的定义域、分段表达式、取值范围),这是求解的基础;
- 第二步,根据$f(x)$的取值区间,划分$k$可能的范围:比如当$k$大于$f(x)$的最大值时,积分区域是空集,积分结果为0;当$k$小于$f(x)$的最小值时,积分就是$f(x)$在整个定义域上的积分;而当$k$处于$f(x)$的取值范围内时,积分区域是所有满足$f(x)>k$的$x$集合,这时候需要把积分转化为对应区间的定积分(以一维函数为例);
- 第三步,根据给定的常数$c$,判断$c$落在哪个积分结果的区间里,再对应写出积分表达式,解方程求出$k$。
接下来给你一个直观的玩具例子:
假设我们取一个简单的分段函数$f(x)$:
$$f(x)=\begin{cases}
x, & x\in[0,2] \
0, & \text{其他}
\end{cases}$$
先算一下$f(x)$的整体积分:$\int_{-\infty}{+\infty}f(x)dx=\int_{0}{2}x dx=2$,这是当$k\leq0$时的积分结果;而当$k\geq2$时,$f(x)>k$的区域是空集,积分结果为0。
现在假设给定的常数$c=1$,显然$0<1<2$,所以$k$一定在$(0,2)$这个区间里。这时候积分区域是${x:f(x)>k}=(k,2)$,积分表达式就变成:
$$\int_{k}^{2}x dx = c=1$$
计算左边的积分:$\int_{k}^{2}x dx = \left.\frac{1}{2}x2\right|_{k}{2}=2 - \frac{1}{2}k^2$
然后解方程:$2 - \frac{1}{2}k^2=1$
移项得:$\frac{1}{2}k^2=1 \implies k^2=2 \implies k=\sqrt{2}$(因为$k$在$(0,2)$里,所以取正根)
这样就求出了满足条件的$k$值啦。如果换一个$c$,比如$c=1.5$,代入方程$2 - \frac{1}{2}k^2=1.5$,就能解得$k=1$,同样符合区间要求。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者user149054




