浅谈放缩法在数学中的应用

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  摘要:放缩法是一种重要的数学方法.本文从放缩的方式,目标和适度三个方面举例说明其应用,放缩法对证明不等式,求极限和级数敛散性等的问题十分有效.
  关键词:放缩方法;放缩目标;放缩的适度问题
   1 放缩的方法
   解题中采用什么方法来实现放缩?下面介绍几种方法.
   1.1 舍、添恒正或恒负的项
   在有关变形中,有时需要舍添某些项,如果舍添某些项的符号是确定的,那么其值被放大或缩小,这是一种常见的放缩方式.
   例:证明级数 收敛
   证:由,有
   =
  
        =
   于是,,只要取,当时,,有
  
   根据柯西收敛准则,级数收敛.
   由上例可以看出,是通过舍恒正的项来达到放大的目的从而顺利解得此题。可见,放缩法对解决级数敛散性的问题有一定的帮助.
   1.2 舍、添恒大(小)于1的因子
   类似于舍、添恒正负项,舍、添大(小)于1的因子也是放缩法常用的方法之一,最为常见的是利用三角函数的有界性.
   在证明或判断级数敛散性时,可利用和的性质,这就是放缩法中舍、添恒大(小)于1的因子的方法.
   1.3 换元以较大(小)的项(数)
   这种方法是前两种方法的推广,将某项(数)换成较大(小)项(数)即可.
   例:判别级数的敛散性.
   解: 时,
         ,
   收敛,故原级数收敛.
   此种方法比较灵活,在解题的过程中要灵活的运用.
   1.4 利用函数的单调性
   先确定某函数在特定空间的单调性,然后将该区间中某点处的函数值换成该区间中另一点处的函数值.
   2 放缩的目标
   从上面一些例子看出,恰当地使用放缩,往往能使问题解法简捷,但是放缩并不是随意进行的,它总是为了某种需要,因此,进行放缩变形时,首先应明确放缩的目标.
   2.1 便于运用公式。某些对象本身不好直接运用公式,但是其间却又含有某些公式的“影子”,因此,我们可把它调整到与公式结构相同的形式,而其调整过程往往就是放缩。
   2.2 便于约分。通过放缩,使某些分式的分子,分母能够约去若干因子,以此达到化简的目的。
   2.3 便于裂项。裂项相消(即分成某个数列中连续两项之差)是数列求和中的一种常用技巧,如果放缩后的式子能够进行差分,那么,通过两两抵消,可以使式子化简。
   例11 证明:数列收敛,其中
   证明:,取,当时,有
          =
  
                =
   由柯西准则 {}收敛.
   2.4 便于消元。在多元不等式中,可将某些变元换作同一变量,以此达到消元的目的。
   3 放缩的适度问题
   由上面的讨论可知,在放缩变形中,既要找到放缩的根据,又要紧扣放缩的目标,这样才能使放缩无误而又不失其作用,但是,仅仅只注意这两点还是不够的.
   例15 求证: ()
   分析:如果按下面的方法
  
                         =
                         =
   只能證得左边,其中放缩的根据以及放缩的目标,便于裂项都是恰当的,但却证不出所要的结果,究其原则,就是放缩前后的“差值”过大,这就是所谓的放缩的适度问题.
   上题中,只要对上面的证法稍加修改,即可完成证明
   ,,,,,
   于是
   从上面的例子可以看出,在使用放缩法时,如果按通常的方法放缩不出所要的结果,则必须调整放缩的“宽度”,使其达到目的,这里调整也没有统一的办法,常常因题而异.
  
   参考文献:
  [1]马华祥.“放缩法”的基本策略[J].《数学教学通讯》2003(176):48-49.
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