作业四 证明勒让德函数的正交性
作业四 证明勒让德函数的正交性
证明:(1)由勒让德方程0)1('2")1(2=++--y n n xy y x 即[(1?x 2)y ′]′+n n +1 y =0可得:
1?x 2 P m ′(x) ′+m m +1 P m x =0 [1]
1?x 2 P n ′(x) ′+n n +1 P n x =0 [2]
方程 1 ×P n ? 2 ×P m 在求其在-1到1上的积分可得: 1 ×P n ? 2 ×P m 1
?1
dx
= m m +1 ?n n +1 P n x P m (x)dx 1?1+ 1?x 2 P m ′ x ′P n 1?1
x dx
? 1?x 2 P n ′ x ′P m 1?1
x dx =0
1?x 2 P m ′ x ′P n 1?1 x dx
= 1?
x 2 P m ′ x P n x 1?1? 1?x 2 1?1P m ′ x P n ′(x )dx =? 1?x 2 1?1
P m ′ x P n ′(x )dx
同理可得:
1?
x 2 P n ′ x ′P m
1?1 x dx =? 1?x 2 1?1P m ′ x P n ′(x)dx 故有: m m +1 ?n n +1 P n x P m (x)dx 1?1=0
当n m ≠时 P n x P m (x)dx 1
?1=0
(2)的证明不妨先证明勒让德函数的递推公式之一: n +1 P n+1(x)? 2n +1 xP n (x)+nP n ?1(x)=0 由母函数:)(211
),(02x P t t tx t x w n n n ∑∞==+-=
ln w(x,t)=?12
ln(1?2xt +t 2) 对t 求导得:
w ′(x,t)=?1?2x +2t 2=x ?t 2
即w x,t x ?t =w ′ x,t (1?2xt +t 2)
又母函数直接对t 求导得:
w ′(x,t)= P n (x)t n ?1∞
n=1
n
带入上式可得:
x ?t P n (x)t n ∞n=0
= P n x t n ?1∞n=1n 1?2xt +t 2 = P n+1 x t n ∞n=0
(n +1) 1?2xt +t 2
xP n (x)t n ∞n=0
? P n (x)t n+1∞n=0
= P n+1 x t n ∞n=0 n +1 ?2x P n+1 x t n+1∞n=0 n +1 + P n+1 x t n+2∞n=0(n +1) 移项合并可得:
t n n +1 P n+1(x)? 2n +1 xP n (x)+nP n ?1(x)=0∞
n=1
n +1 P n+1(x)? 2n +1 xP n (x)+nP n ?1(x)=0得证 nP n x ? 2n ?1 xP n ?1 x +(n ?1)P n ?2(x)=0
P n 21
?1 x dx =1 P n 1?1
x [ 2n ?1 xP n ?1 x ?(n ?1)P n ?2(x)]dx =2n ?1 xP n x P n ?1(x)dx 1?1?n ?1 P n x P n ?2(x)dx 1
?1
因为当n m ≠时 P n x P m (x)dx 1
?1=0
P n x P n ?2(x)dx 1?1=0
P n 21?1
x dx =
2n ?1n xP n x P n ?1(x)dx 1?1 将xP n x =
12n+1[ n +1 P n+1(x)+nP n ?1(x)]带入上式得: P n 21?1
x dx
=2n ?1
n 12n +1 P n ?1 x [ n +1 P n+1(x)+nP n ?1(x)]dx 1?1
=2n ?12n +1 P n ?1
21?1 x dx =2n ?12n +12n ?32n ?1……13 P 021?1
x dx =1 1dx 1?1
=22n +1
即 P n x P m (x)dx 1?1=0当n m ≠时
P n 21?1 x dx =22n+1命题得证!
三角函数性和e指数形式的傅里叶变换
三角级数、傅里叶级数对于所有在以 2pi 为周期的函数 f(x) ,可以用一组如下的三角函数系将其展开: 1, cosx, sinx , cox2x, sin2x , ... , coxnx, sinnx , ... 显然,这组基在[-pi,pi] 上是正交的,因此可以在周期区间求积分获得函数 f(x) 在以三角函数系为基的展开系数,或者说以三角函数系为坐标的投影值aO,an,bn ......... 一个一般的函数 f(x) 可以表示为奇函数和偶函数的叠加,因此它的展开既含有正弦项又含有余弦项,但偶函数的展开仅含有常数项a0 和正弦项,相似的,奇函数展开仅含有余弦项。 傅里叶级数的复数形式 根据欧拉公式e A jx=cosx+jsinx ,任意正弦、余弦项可以用复指表示,即cosx=(eAjx+eA-jx)/2 ,sinx=(eAjx-eA-jx)/2j 。所以,任何一个周期函数 f(x) 既可以在三角函数系上表出也可以在复指数系 1, eAjx , , eAjnx上表出,在不同的坐标系之间,存在映射关系。 但重要的是,由于积分变换的核函数形式发生改变,其物理意义也将有所变化。由于复数的引入,每一个复指数 eAjnx 相对于三角函数系都变为一个二维量,其物理含义是一条三维螺旋线。其道理非常简单,一个实参a 表示数轴上的一点,而一个复数a+bj 表示二维坐标上的一点,所以 cosx, sinx 分别表示 一条二维曲线,而e^jx二cosx+jsinx 是一条空间三维曲线
傅里叶变换 周期信号用傅里叶级数表示,非周期信号可以借助傅里叶变换进行. 对实信号做傅立叶变换时,如果按指数 e A j 31为核来求,我们将得到双边频谱。以角频率为Q的余弦信号为例,它有具有位于士Q两处的,幅度各为0.5,相角为零的频率特性。实际上,CO E t就是 eAj Q t与eAj- Q t 两条螺旋线的叠加,他们虚部刚好对消,只剩下实部。 Q 1与Q2两个角速度的螺旋线坐标值的叠加并不等于角速度 Q 1 + Q 2,因为从角速度到螺旋线的映射不是线性关系。这一现象正 体现了频率的正交特性,也是频率分析理论存在的基础. 经过傅立叶变换得到的负频率表示一条反向旋转的螺旋线,而复频率表示一条整体改变90度相位的螺旋线,它们分别与正频率,实频相对应,都表示一个特定的螺旋线,并没有玄妙的含义。 连续频谱 周期信号用傅里叶级数展开所获得频率线状谱的物理意义十分明确,即整个信号由所有谱线存在处频率分量叠加而成?比如信号CO Qt对应Q与 -Q处两根谱线. 困难的问题是对连续谱的理解 .以下为标准的傅里叶变换对 由于存在关系式:e^j-wt二cos-wt+j*sin-wt,再联想一个信号在三角函数 系上的展开,可以认为上述傅里叶变换的意义是得到信号x(t)实部的
(完整版)高中抽象函数的单调性习题总结,推荐文档
10月2日 抽象函数的单调性 1、对任意都有:,当,又知 ()f x ,x y R ∈()()()f x y f x f y +=+0,()0x f x ><时,求在上的值域. (1)2f =-()f x []3,3x ∈-2、f(x)对任意实数x 与y 都有,当x>0时,f(x)>2 ()()()2f x f y f x y -=--(1)求证:f(x)在R 上是增函数; (2)若f(1)=5/2,解不等式f(2a-3) < 3. 3、已知函数对任意有,当时,f x ()x y R ,∈f x f y f x y ()()()+=++2x >0,,求不等式的解集. f x ()>2f ()35=f a a ()2223--<4、f(x)是定义在x>0的函数,且f(xy) = f(x) + f(y);当x>1时有f(x)<0;f(3) = -1. (1)求f(1)和f(1/9)的值;(2)证明f(x)在x>0上是减函数; (3)解不等式f(x) + f(2-x) < 2。 5、定义在上函数对任意的正数均有:,且当(0,)+∞()y f x =,a b (()() a f f a f b b =-时,,(I )求的值;(II )判断的单调性, 1x <()0f x >(1)f ()f x 6、若非零函数对任意实数均有,且当时,)(x f b a ,()()()f a b f a f b +=?0
函数的单调性 知识点与题型归纳
1.理解函数的单调性、最大值、最小值及其几何意义. 2.会运用基本初等函数的图象分析函数的性质. ★备考知考情 1.函数的单调性是函数的一个重要性质,是高考的热点,常见问题有:求单调区间,判断函数的单调性,求参数的取值,利用函数单调性比较数的大小,以及解不等式等.客观题主要考查函数的单调性,最值的确定与简单应用. 2.题型多以选择题、填空题的形式出现,若与导数交汇命题,则以解答题的形式出现. 一、知识梳理《名师一号》P15 注意: 研究函数单调性必须先求函数的定义域, 函数的单调区间是定义域的子集 单调区间不能并! 知识点一函数的单调性 1.单调函数的定义 1
2 2.单调性、单调区间的定义 若函数f (x )在区间D 上是增函数或减函数,则称函数f (x )在这一区间上具有(严格的)单调性,区间D 叫做f (x )的单调区间. 注意: 1、《名师一号》P16 问题探究 问题1 关于函数单调性的定义应注意哪些问题? (1)定义中x 1,x 2具有任意性,不能是规定的特定值. (2)函数的单调区间必须是定义域的子集; (3)定义的两种变式: 设任意x 1,x 2∈[a ,b ]且x 1
3 1212 ()() 0-<-f x f x x x ? f (x )在[a ,b ]上是减函数. ②(x 1-x 2)[f (x 1)-f (x 2)]>0?f (x )在[a ,b ]上是增函数; (x 1-x 2)[f (x 1)-f (x 2)]<0?f (x )在[a ,b ]上是减函数. 2、《名师一号》P16 问题探究 问题2 单调区间的表示注意哪些问题? 单调区间只能用区间表示,不能用集合或不等式表示; 如有多个单调区间应分别写,不能用并集符号“∪”联结,也不能用“或”联结. 知识点二 单调性的证明方法:定义法及导数法 《名师一号》P16 高频考点 例1 规律方法 (1) 定义法: 利用定义证明函数单调性的一般步骤是: ①任取x 1、x 2∈D ,且x 1
数学物理方程第三章 函数的正交系(1)
(20141008)第三章 函数的正交系(1) 1. 向量及其内积 一个k 维复向量是由k 个有序复数组成的,即 ()12,,,k a a a =a K 复向量的加法于标量乘法与实向量相同,且标量可以为复数,即 ()1122,,,k k a b a b a b +=+++a b K ()12,,, ()k c ca ca ca c =∈a C K 同时,零向量(0,0,,0)K 记为0,k 维复向量空间记为k C 。 两个向量的内积定义为 11221,k k k i i i a b a b a b a b ==+++=∑a b L 同时,向量的内积还是厄米对称的,即 ,,=b a a b 向量的模定义为 1k i == ===a ,k ?∈a b C 都有 222 2Re ,+=++a b a a b b 对上式简要证明如下: 根据向量的内积和向量的模的定义有 2 ,,,,,,,,,+==a b a +b a +b =a a +a b +b a +b b a a +a b +a b +b b 由于对于任意复数 c i αβ=+ 其共轭复数为 c i αβ=- 因此 c c 22Re(c c)α+==+ 其中,Re 为复数的实数部分,所以
222 2Re ,+=++a b a a b b 柯西-施瓦茨不等式:,k ?∈a b C 都有 ,≤a b a b 三角不等式:,k ?∈a b C 都有 +≤+a b a b 毕达哥拉斯定理:若1,,,k ∈2n a a a C K 且两两正交,即 ,0 ()i j i j =≠a a 则有: 2222 1212n n +++=+++a a a a a a L L 补充术语 若向量1=u ,则称其为归一化的,或称为单位向量。任意一个非零向量可以通过除以其自身的模进行归一化,即 =a u a 若一个向量集合中的所有向量都非零且两两垂直,则称这些向量为正交系; 若一个向量集合中的所有向量都两两垂直且归一化,则称这些向量为归一正交系。 向量系{},,12a a K 是正交归一的,当且仅当 ,i j ij a a δ= 其中ij δ称作克罗内克符号(Kronecker symbol ) i j =时 1ij δ= i j ≠时 0ij δ= 任意正交系{},,1n a a K 中的所有向量都是相互独立的,即下式 10n c c ++=1n a a L
高中一年级函数单调性完整版
函数的单调性 学习目标(1)掌握函数的基本性质(单调性、最大值或最小值、奇偶性),能应 用函数的基本性质解决一些问题。 (2)从形与数两方面理解函数单调性的概念,初步掌握利用函数图象和 单调性定义判断、证明函数单调性的方法. (3)了解奇偶性的概念,回 会利用定义判断简单函数的奇偶性。 重点与难点 (1)判断或证明函数的单调性; (2)奇偶性概念的形成与函数奇偶性的判断。 学习过程 【学习导航】 知识网络 学习要求 1. 从特殊到一般,掌握增函数、减函数、单调区间的概念; 2. 会根据图像说出函数的单调区间,并能指出其增减性; 3. 会用定义证明一些简单函数的单调性. 自学评价 观察函数x x f =)(,2 )(x x f =的图象 从左至右看函数图象的变化规律: (1). x x f =)(的图象是_________的, 2)(x x f =的图象在y 轴左侧是______的,2)(x x f =的图象在y 轴右侧是_______的. (2). x x f =)(在),(+∞-∞上,f (x )随着x 的增大而___________;2 )(x x f =在]0,(-∞ 上,f (x )随着x 的增大而_______;2 )(x x f =在),0(+∞上,f (x )随着x 的增大而________. 一、 函数的单调性 1.单调函数的定义 (1)增函数:一般地,设函数()f x 的定义域为I :如果对于属于I 内某个区间上的任意两个自变量的值1x 、2x ,当1x <2x 时都有12()()f x f x <,那么就说()f x 在这个区间上是增函数。 (2)减函数:如果对于属于I 内某个区间上的任意两个自变量的值1x 、2x ,当1x <2x 时 函数的单调性 单调性的定义 定义法证明函数的单调性 增函数 减函数 单调区间 x y 0 x y 0 x x f =)( 2)(x x f =
自己整理抽象函数单调性及奇偶性练习及答案
1、已知f x ()的定义域为R ,且对任意实数x ,y 满足f xy f x f y ()()()=+,求 证:f x ()是偶函数。 2、已知f(x)是定义在(-∞,+∞)上的不恒为零的函数,且对定义域内的任意x,y,f(x)都满足f(xy)=yf(x)+xf(y). (1)求f(1),f(-1)的值; (2)判断f(x)的奇偶性,并说明理由. 3、函数f(x)对任意x ?y ∈R,总有f(x)+f(y)=f(x+y),且当x>0时, f x ()<0, f(3)=-2. (1)判断并证明f(x)在区间(-∞,+∞)上的单调性; (2)求f(x)在[-3,3]上的最大值和最小值. 4、已知函数f (x )在(-1,1)上有定义,f (2 1)=-1,当且仅当0 6、定义在R 上的函数y=f(x),f(0)≠0,当x>0时,f(x)>1,且对任意的a 、b ∈R ,有f(a+b)=f(a)f(b), (1) 求证:f(0)=1; (2) 求证:对任意的x ∈R ,恒有f(x)>0; (3)证明:f(x)是R 上的增函数; (4)若f(x)·f(2x-x 2)>1,求x 的取值范围。 7、已知函数()f x 的定义域为R,对任意实数,m n 都有1 ()()()2 f m n f m f n +=++, 且1()02f =,当1 2 x >时, ()f x >0. (1)求(1)f ; (2) 判断函数()f x 的单调性,并证明. 8、函数()f x 的定义域为R,并满足以下条件:①对任意x R ∈,有()f x >0;②对任 意,x y R ∈,有()[()]y f xy f x =;③1 ()13 f >. (1)求(0)f 的值; (2)求证: ()f x 在R 上是单调减函数; 用函数单调性定义证明 例1、用函数单调性定义证明: (1)为常数)在上是增函数. (2)在上是减函数. 分析:虽然两个函数均为含有字母系数的函数,但字母对于函数的单调性并没有影响,故无须讨论. 证明: (1)设是上的任意两个实数,且, 则 = 由得,由得, . ,,即 . 于是即 . 在上是增函数. (2) 设是上的任意两个实数,且, 则 由得,由得 .又 , . 于是 即 . 在 上是减函数. 小结:由(1)中所得结论可知二次函数的单调区间只与对称轴的位置和开口方向有关,与常数 无关.若函数解析式是分式,通常变形时需要通分,将分子、分母都化成乘积的形式便于判断符号. 根据单调性确定参数 例1、函数 在 上是减函数,求 的取值集合. 分析:首先需要对 前面的系数进行分类讨论,确定函数的类型,再做进一步研究. 解:当 时,函数此时为 ,是常数函数,在 上不 具备增减性. 当 时, 为一次函数,若在 上是减函数,则有 ,解得 .故所求 的取值集合为 . 小结:此题虽比较简单,但渗透了对分类讨论的认识与使用. 例1、 设函数ax x x f -+=1)(2,其中0>a ,求a 的取值范围,使函数)(x f 在 区间[]+∞,0上是单调函数. 分析:由于函数的单调性不易直接判断,而且含有字母系数,求解过程中需要讨论字母的范围,因此可以从单调性定义出发,从定义求解释一种基本的方法,不可忽视. 解: 在[]+∞,0上任取1x ,2x ,使得21x x < )()(21x f x f -用函数单调性定义证明