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    周期函數(shù)的原函數(shù)問(wèn)題剖析*

    2021-11-09 01:02:36蔡水英李德新
    海峽科學(xué) 2021年8期
    關(guān)鍵詞:洛必達(dá)原函數(shù)任意性

    蔡水英 李德新

    (福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,福建 福州 350002)

    0 引言

    1 周期函數(shù)的原函數(shù)的分解

    設(shè)函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镈,如果存在一個(gè)正數(shù)T,使得對(duì)于任一x∈D有(x±T)∈D,且f(t+T)=f(t)恒成立,那么稱(chēng)f(x)為周期函數(shù),稱(chēng)T為f(x)的周期,通常我們說(shuō)周期函數(shù)的周期是指最小正周期[2]。

    所以G(x)是周期為T(mén)的連續(xù)函數(shù)。從而有:

    2 連續(xù)函數(shù)的原函數(shù)的周期性

    引理1設(shè)f(x)是R上一個(gè)連續(xù)周期函數(shù),則f(x)的所有原函數(shù)要么都是周期函數(shù),要么都不是周期函數(shù)。

    任取一個(gè)常數(shù)c,Φ(x)+c為f(x)的一個(gè)原函數(shù)。

    若Φ(x)為周期函數(shù),不妨設(shè)其周期為T(mén)(>0),那么有:

    Φ(x+T)+c-[Φ(x)+c]=Φ(x+T)-Φ(x)=0

    因而根據(jù)周期函數(shù)的定義以及c的任意性可得,f(x)的所有原函數(shù)都是周期函數(shù)。

    若Φ(x)不為周期函數(shù),Φ(x)+c也不是周期函數(shù)。因而,由c的任意性可知,f(x)的所有原函數(shù)都不是周期函數(shù),證畢。

    故f(t+T)-f(t)的所有原函數(shù)都是常數(shù),所以f(t+T)-f(t)=0,即f(x)是周期為T(mén)的函數(shù),證畢。

    推論1:f(x)是周期為T(mén)(>0)的奇函數(shù)的充分必要條件是f(x)的所有原函數(shù)是周期為T(mén)(>0)的偶函數(shù)。

    3 應(yīng)用

    由定理1可得以下推論:

    由于連續(xù)周期函數(shù)G(x)有界,所以可得:

    推論2說(shuō)明了:當(dāng)x→+∞時(shí),f(x)在[0,x]上的平均值的極限為f(x)在[0,T]上的平均值。

    由于

    解:[法一]由推論2可得:

    [法二]由推論3可得:

    當(dāng)x→+∞時(shí),含有周期函數(shù)的變限積分的商式求極限問(wèn)題,一般不能用洛必達(dá)法則,常見(jiàn)用夾逼準(zhǔn)則求解,利用本文方法不失為一種簡(jiǎn)捷高效的途徑。

    4 結(jié)論

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