網劇《你好,舊時光》第一集當中的題目是否真的需要將「連續」修改為「可導」才能求解?


有點小意思啊,還有這麼好玩的劇。。

———————————不想看數學的可以直接拉到最後——————————————

首先貼一張原劇中比較完整的題目和解答圖

真不知道編劇腦洞開在了那顆星球才會覺得需要改條件(可能是覺得題目里那個lim符號並不能說極限存在吧,有道理……個頭啊!)(貌似最後答案還錯了啊摔)

然後樓上的解答也是對的,雖然個人很反感等價無窮小代換,但這裡至少沒用錯。

然而事實上,這裡連續的條件也不需要加,因為既然極限存在,指數上是無窮大,底數的極限必須是1,這就能推出連續性。嚴格來說,如果我自己來寫的話,我會首先取對數,得到

lim_{h
ightarrow0}frac{log(f(x+hx))-log (f(x))}{h}=frac 1 x

然後令 g=log f ,就有

lim_{h
ightarrow0}frac{g(x+hx)-g(x)}{hx}=frac{1}{x^2}

從而g可導(-&>連續),並且 g

————————————————分割線————————————————

數學命題成立與否,與給出的條件關係非常密切。在平時的研討中,我們時常會對某個對象做出一定的假設或要求,或者會問放鬆某個條件之後命題是不是還成立。而在數學競賽史上,題目出錯也不少見。但是,通常對於錯題,一般的描述都是「某國的某某在考場上給出了一個反例」諸如此類。若這姑娘當真認為連續的條件不對,則應當大膽站出來,給出一個滿足條件但結論不對的反例,這才是真有魄力,又有水平。而隨意的加強條件,無異於丟盔卸甲,落荒而逃。雖然滿眼的數學字,可這一點也不「數學」。


不需要, 這一點其他人都講得很清楚了。這充分暴露了國產網劇不注重細節的毛病,讓人看了齣戲。06年韓劇《雪之女王》裡面有類似的情節,但是人家至少比這個用心。老師設計了一個題目,都是韓文我就不仔細寫了,也就是如果

f(x+y)=f(x)+f(y) ,

然後求解 f 。男二寫出了 f(x)=xf(1) , 但是男一告訴他,這個得連續才行。

當然了,這個問題不假設「連續」可以成立,其實下面四個條件的任意一個也可以推出 f(x)=xf(1)

順帶一提,上面那個女性不是女主角,這個時候的女主角還是蘿莉一個。她要變成男一的「女王」還得過個幾年。裡面有一個情節是男主角最後利用兩個「原本不太相關的」不同領域的東西解決了一個難題,然後他導師告訴他這個論文審稿起來很麻煩,因為兩個領域都懂的人不多,這個設計也是比較符合實際情況的。我覺得至少這個劇是有顧問的。

我想說,找一個有點數學水平的顧問很難嗎?這個網劇裡面的問題,一個水平稍微高一點的數學系大一上學期本科生都可以回答了,當然了,我覺得一些厲害的高中生也能搞定。只是編劇和導演太不細心了,也懶得下功夫。


其他答主說的很詳細了,這裡做一點微小的延伸,大一版本情景:

如果女主角換成大一新生,同時場下有N多保送來的XXO金牌選手,那麼可以出一道初等函數極限計算題

尷尬又不失禮貌的微笑


我覺得應該是不需要的,原因如下:

根據題目的條件,對極限的兩段取對數可以得到

logleft(lim_{h	o0}left{ {frac{f(x+hx)}{f(x)}} 
ight}^{frac{1}{h}}
ight)=frac{1}{x}

然後根據對數函數的連續性得到

lim_{h	o0}logleft(left{ {frac{f(x+hx)}{f(x)}} 
ight}^{frac{1}{h}}
ight)=frac{1}{x}

也即

lim_{h	o0}left{ frac{1}{h}logleft({frac{f(x+hx)}{f(x)}} 
ight)
ight}=frac{1}{x}

然後根據 f(x) 的連續性和等價無窮小替換可以得到

lim_{h	o0}left{ frac{1}{h}left({frac{f(x+hx)-f(x)}{f(x)}} 
ight)
ight}=frac{1}{x}

也即

frac{1}{fleft(x
ight)}lim_{h	o0}left{ left({frac{f(x+hx)-f(x)}{h}} 
ight)
ight}=frac{1}{x}Rightarrowlim_{h	o0}left{ left({frac{f(x+hx)-f(x)}{h}} 
ight)
ight}=frac{fleft(x
ight)}{x}

因此問題就轉化為是否可以根據上式推出 f(x) 在題目中的定義域內可導。考慮導數的定義,並根據上面的極限得到

lim_{h	o0}frac{f(x+h)-f(x)}{h}=frac{1}{x}lim_{h	o0}frac{f(x+frac{h}{x}cdot x)-f(x)}{frac{h}{x}}=frac{1}{x}cdot frac{f(x)}{x}

因此可以得到 f(x) 在定義域內可導,並且

f

最後根據 lim_{x	o +infty}fleft(x
ight)=1 ,求得

fleft(x
ight)=e^{-frac{1}{x}}

因此整個求解過程當中應該並不需要用到函數可導的條件。


看到這個題第一反應不應該是覺得連續這個條件多餘了嗎


這部戲中還有一句「煙光凝而暮山紫」,為什麼是紫光,女主回了句Tyndall散射。個人覺得瑞利散射更符合描述。


數學渣表示,編劇的腦洞可能是這樣的: lim_{h 
ightarrow 0}{[frac{f(x+hx)}{f(x)}]}^frac{1}{h}=lim_{h 
ightarrow 0}{[frac{f(x)+hxf

構造成e的極限形式就變成了:

lim_{h 
ightarrow 0}{[1+frac{hxf

而第一步那裡要f(x+hx)能寫成f(x)+hxf"(x)必須滿足f(x)可導的條件。非數學系的表示確實難以理解題目中的極限存在就能得出f(x)可導。班門弄斧,見笑了。


這道題,熟悉高數第一章內容的同學一眼就能看出題目中最後一個條件是重要極限的應用,對我這種考研狗,頭都不回地一路就解出來了(手機懶得打公式,打出來也沒人看,用「1的無窮次方」的重要極限定理)


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