最近大家看我公众号都是经济史,估计都要看吐了。那就给大家写写简单的数学吧。今天给大家介绍的是一道牛津大学/帝国理工学院的入学考试题,难度并不大。
那就上题吧。
解析:这道题是关于取整函数的积分。向下取整函数以前有介绍过,感兴趣可以参考:数形结合巧解取整函数难题。⌊x⌋表达的意思是小于或者等于x的最大整数。比如⌊1⌋=1,⌊1.3⌋=1,⌊-0.5⌋=-1等等。其图像如下图所示:
所以这道题我们得先考虑在x在(0,2)范围内⌊log2x⌋的取值情况。了解log2x函数的同学肯定知道下面的公式:
logaa=1,logabn=nlogab
所以在log2x取整数的值可能是:log22,log21,log2(1/2),log2(1/4),log2(1/8) ...log2(1/n)...。因此可以将区间(0,2)分为[1,2),[1/2,1),[1/4,1/2),[1/8,1/4)...,⌊log2x⌋在这些区间的取值分别是0,-1,-2,-3,-4...。其图像如下所示:
其中黑色代表y=⌊log2x⌋,桔红色代表y=log2x。
所以原函数:
F(x)=(3/4)⌊log2x⌋的取值情况也是一系列的水平直线,具体如下:
...........
依此类推。此函数图像如下:
到了这一步,其实题目已经很简单了,积分本质上就是求黎曼和(Riemann sum),如下所示:
所以,所求的积分就是将区间内的这些长方形面积相加就可以,如下所示:
所求积分=1×(2-1)+(4/3)×(1-1/2)+(4/3)2×(1/2-1/4)+...
化简之后为:1+2/3+(2/3)2+(2/3)3+...
很显然这是一个无穷几何级数,r=2/3<1,可以很快求出其结果为3。
美国著名物理学家费曼说:“你最好学学微积分,它是上帝的语言。”微积分真的很棒哟,去学学吧,如果没啥事的话。
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