为什么取点是错的

Posted by wyj on June 19, 2021

高考都过去这么久了,我才忽然想起来这个事(前几天颓得太厉害了),但觉得不特别说明一下还是不太好,所以特地写了这一篇短文。

已知$f’(a)>0$,求证$\exists x>a,f(x)>f(a)$

这是个显然的事,由极限的保号性立即可得。然而在高中数学中一般来讲需要你取一个$b>a$,使得$f’(b)<0$,然后再说明存在一个$f’(x_0)=0$,取最小的一个$x_0$,所以函数在$[a,x_0]$内单调增,然后得证。

在之前的文章里面我提到过,我很讨厌取点。然而没办法,因为在高中数学的框架之中真的就是没办法说明这个事的。这不只是很麻烦而且没必要的问题,实际上这个论证思路完全就是错的。错误的本质在于,你的手段是通过找到一个“单调”的区间来说明问题,而这不一定可行。错误的直接原因是,的确存在$f’(x_0)=0$,但是“最小的”并不一定存在。实数又不是自然数。

如果大家还记得“导数一定连续吗”的那个反例,我们可以很轻松地构造出一个反例来驳倒上面的歪理:$f(x)=x^2\sin\dfrac{1}{x}+\dfrac{x}{2}$,定义$f(0)=0$去掉可去的间断点,取$a=0$,根据定义显然$f’(0)=\dfrac12>0$,然而显然存在任意小的$\epsilon>0$使得$f’(\epsilon)=0$,取不出最小的,所以推理是错误的。对于这个函数来讲,你想要找的那个“单调区间”,压根就不存在。

无论你取不取点,只要你的思路最后回到“找单调区间”上,就是错的。所以其它的一些“说理”,无论是否取了点,都是错的。

当然,欢迎任何人找到用高中知识正确说明这个问题的方法来打我的脸。毕竟我没办法证明“满足条件的说理不存在”。