刘神教你秒cmc压轴题

文摘   2024-09-27 23:07   广东  

今天的题目是昨天竞赛班学生问的,也是14届CMC数学类压轴题,学员提问时表示官方答案看不懂+想不到,问我有没有什么正常的方法,自然而通用的解法

有吗?当然是有的,如果什么都只能和标答一样,那我们竞赛班的价值与意义何在?我们已经提供了很多难题包括野题的全新原创解法,而且还有细致的讲解,这些是你在其他地方学不来的!

标答的解法用了第一问的结论,而且显得颇为生硬和让人感觉想不到,而我今天要讲的做法则是一种通法,两个字概括就是“估阶”,这个方法做题,是不需要第一问结论的!我们可以直接上手就把第二问干掉,简单粗暴+零门槛,就问你想不想学?

问题

的任意闭子区间上黎曼可积,令

(1) 若并且,证明:中一致连续.

(2) 若为周期,,证明:中非一致连续.

分析一下,第一问要证明一致连续,其实说明很大时候一致连续就可以了,那没什么好说的,直接假设都充分大,并且极限存在表明是有界的,然后代进去算就完事,区间很长怎么办?我们重新分配一下就是了

  • 注意,事后我们会发现,第一问根本不需要函数极限存在,只要有界就可以了!

第二问则比较有难度,当年14届数学类CMC,北京赛区全场最高分也只有70分,其中有一个20分的多项式题全场无人做出,那说明剩下的题,肯定还有什么题是基本上没人做出来的。最大的可能性就是本题第二问,从分值上看也合理,当然还有一种可能就是那年的另一个高代题也没什么人做出,不过个人感觉还是这个第二问处理起来更麻烦一点,因为另外那个高代题颇有高中竞赛的味道,北京的CMO过来的竞赛生应该比较擅长才是。

第二问肯定反证法,那么对应的怎么取呢?我们知道是连续函数,所以有限闭区间上肯定一致连续,那么出问题就一定出现在无穷处,而具有周期,所以的取法可以考虑都加上,其中很大,这样好算,否则你随便搞一个代入进去,简单试下就会发现算起来实在太混乱了。。。根本没有算的欲望,即便加上去算都不是很好算。

还有一个奇怪的事情,这个是什么关系,我们也不知道,在一个周期上的积分又是多少?还是不知道,这个积分为2022又有什么用呢?莫名其妙的

那没办法,只能是先不管这些,我们先代入算一遍看看,考察一下到底差多少,之后遇到问题了再说

  • 下面是解析,我们还是会先把第一问写了,但是注意:我这个方法做第二问的时候是根本不需要用第一问的!相当于无铺垫直接解决压轴题最后一问

解析

的任意闭子区间上黎曼可积,令

(1) 若并且,证明:中一致连续.

(2) 若为周期,,证明:中非一致连续.

第一问

条件表明有界,设恒成立,显然连续,所以中一致连续,我们只需要证明上一致连续

  • 如此假设是为了保证四个数字总是从小到大排列的

对任意

对任意,只要充分小,则上式右端就会充分小(不论多大),所以上一致连续,进而结论得证

第二问

利用周期性,对任意正整数


再记,则,根据欧拉麦克劳林公式可知

其中

这说明,欧拉麦克劳林公式中的余项,关于是一个一致有界的量,下文中所有关于一致有界的量均用来表示,这个不依赖于的大小

充分大时,注意是一致趋于零的,泰勒展开有

代入,积分有

因此当时,不能被这样的一次函数控制住,从而不一致连续

下面有两种处理方式,这里我们主要写第一种,第二种会在文末简单说下操作方法,不细写过程了

以下设,因为,所以几乎处处连续,并且

所以存在的一个连续点使得,则不妨设,并且

对任意和任意充分大的正整数

其中

所以代入可知

因为处连续,并且(不妨设),所以存在使得任意都有,现在说明不一致连续

,任取,取使得,则对任意正整数

则右端趋于正无穷,一定会比大,并且,所以不一致连续,结论得证

处理方式2:我们并不用关注连续点,设想刚刚为什么能导出矛盾,根本原因是,所以只要找到一个很小的子区间使得在其上面的积分不是零,就能够完成证明,那么反证法,如果在任意长度充分小的子区间上积分都是零,那么把这些区间加起来,将会得到,矛盾,因此这样也能解决问题,从而规避掉“几乎处处连续”“测度”等等概念,过程是严谨的,细节略

由此可见,本题的条件可以在弱化很多,比如第二问只需要在某个连续点处取值非零,就能完成证明。

本题是14届CMC数学类初赛的压轴题,感兴趣的同学也可以去看看标答,然后做个对比,看哪个方法你更喜欢。

  • 本题在竞赛班中也会讲,想学的速度来报班学习!!!
  • 这题解答有点长,后续我会码一个图片版的解析分享给大家,这样或许更方便学习,敬请期待
  • 本解法为我(数海钓鱼)原创,搬运请注明出处,尊重版权,抵制抄袭!

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作者:柯西永远爱你

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