logo
  • write-homewrite-home-active首页
  • icon-chaticon-chat-activeAI 智能助手
  • icon-pluginicon-plugin-active浏览器插件
  • icon-subjecticon-subject-active学科题目
  • icon-uploadicon-upload-active上传题库
  • icon-appicon-app-active手机APP
首页
/
数学
题目

269综合题 设函数f(x)在[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且f(0)=f((1)/(2))=1,f(1)=2.证明:存在一点xiin(0,1),使得f'(xi)=(e^xi)/(2f(xi)).

269综合题 设函数f(x)在[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且$f(0)=f(\frac{1}{2})=1$,f(1)=2.证明:存在一点$\xi\in(0,1)$,使得$f'(\xi)=\frac{e^{\xi}}{2f(\xi)}$.

题目解答

答案

为了证明存在一点 $\xi \in (0,1)$ 使得 $f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2f(\xi)}$,我们首先定义一个辅助函数。令 $g(x) = f(x)^2 e^{-x}$。我们将在区间 $[0,1]$ 上对 $g(x)$ 应用罗尔定理。 首先,我们计算 $g(x)$ 在区间端点的值: \[ g(0) = f(0)^2 e^0 = 1^2 \cdot 1 = 1, \] \[ g(1) = f(1)^2 e^{-1} = 2^2 \cdot \frac{1}{e} = \frac{4}{e}. \] 由于 $g(0) = 1$ 和 $g(1) = \frac{4}{e}$,我们不能直接在 $[0,1]$ 上对 $g(x)$ 应用罗尔定理。但是,我们可以使用 $f\left(\frac{1}{2}\right) = 1$ 的事实。让我们计算 $g\left(\frac{1}{2}\right)$: \[ g\left(\frac{1}{2}\right) = f\left(\frac{1}{2}\right)^2 e^{-\frac{1}{2}} = 1^2 \cdot e^{-\frac{1}{2}} = \frac{1}{\sqrt{e}}. \] 现在,我们有 $g(0) = 1$ 和 $g\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{1}{\sqrt{e}}$。由于 $g(0) \neq g\left(\frac{1}{2}\right)$,我们不能直接在 $[0, \frac{1}{2}]$ 上对 $g(x)$ 应用罗尔定理。但是,我们可以使用 $g\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{1}{\sqrt{e}}$ 和 $g(1) = \frac{4}{e}$。由于 $\frac{1}{\sqrt{e}} \approx 0.6065$ 和 $\frac{4}{e} \approx 1.4715$,存在 $c \in \left(\frac{1}{2}, 1\right)$ 使得 $g(c) = \frac{1}{\sqrt{e}}$。因此,我们可以在 $\left[\frac{1}{2}, c\right]$ 上对 $g(x)$ 应用罗尔定理。 现在,我们计算 $g(x)$ 的导数: \[ g'(x) = \frac{d}{dx} \left( f(x)^2 e^{-x} \right) = 2 f(x) f'(x) e^{-x} - f(x)^2 e^{-x} = f(x) e^{-x} \left( 2 f'(x) - f(x) \right). \] 根据罗尔定理,存在 $\xi \in \left(0, \frac{1}{2}\right)$ 使得 $g'(\xi) = 0$。因此,我们有: \[ f(\xi) e^{-\xi} \left( 2 f'(\xi) - f(\xi) \right) = 0. \] 由于 $f(x)$ 在 $[0,1]$ 上连续且 $f(0) = f\left(\frac{1}{2}\right) = 1$,$f(\xi) \neq 0$。因此,我们有: \[ 2 f'(\xi) - f(\xi) = 0 \implies f'(\xi) = \frac{f(\xi)}{2}. \] 然而,我们需要 $f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2 f(\xi)}$。让我们考虑 $h(x) = f(x)^2 - e^x$). 我们计算 $h(x)$ 在区间端点的值: \[ h(0) = f(0)^2 - e^0 = 1 - 1 = 0, \] \[ h(1) = f(1)^2 - e^1 = 4 - e. \] 由于 $h(0) = 0$,存在 $c \in (0,1)$ 使得 $h(c) = 0$. 因此,我们可以在 $[0, c]$ 上对 $h(x)$ 应用罗尔定理. 现在,我们计算 $h(x)$ 的导数: \[ h'(x) = \frac{d}{dx} \left( f(x)^2 - e^x \right) = 2 f(x) f'(x) - e^x. \] 根据罗尔定理,存在 $\xi \in (0,1)$ 使得 $h'(\xi) = 0$. 因此, we have: \[ 2 f(\xi) f'(\xi) - e^{\xi} = 0 \implies f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2 f(\xi)}. \] 因此,存在 $\xi \in (0,1)$ 使得 $f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2 f(\xi)}$. $\boxed{\xi \in (0,1)}$.

解析

考查要点:本题主要考查罗尔定理的应用及辅助函数的构造能力。关键在于通过构造合适的辅助函数,将原问题转化为罗尔定理的适用条件,从而找到满足条件的点$\xi$。

解题核心思路:

  1. 构造辅助函数:通过观察目标方程$f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2f(\xi)}$,将其变形为$2f(\xi)f'(\xi) = e^{\xi}$,联想到$f(x)^2$和$e^x$的导数形式,构造$h(x) = f(x)^2 - e^x$。
  2. 应用中间值定理:利用已知条件$f(0)=1$和$f(1)=2$,计算$h(x)$在端点及中间点的值,找到$h(x)=0$的点$c$。
  3. 应用罗尔定理:在区间$[0,c]$上,$h(0)=h(c)=0$,从而存在$\xi \in (0,c)$使得$h'(\xi)=0$,进而得到目标方程。

破题关键点:

  • 辅助函数的选择是核心,需使导数形式与目标方程匹配。
  • 中间值定理用于确定$h(x)=0$的点$c$,为罗尔定理的应用创造条件。

构造辅助函数
定义函数$h(x) = f(x)^2 - e^x$,则其导数为:
$h'(x) = 2f(x)f'(x) - e^x.$

分析端点值

  1. 计算$h(0)$:
    $h(0) = f(0)^2 - e^0 = 1^2 - 1 = 0.$
  2. 计算$h\left(\frac{1}{2}\right)$:
    $h\left(\frac{1}{2}\right) = f\left(\frac{1}{2}\right)^2 - e^{\frac{1}{2}} = 1^2 - \sqrt{e} \approx -0.648.$
  3. 计算$h(1)$:
    $h(1) = f(1)^2 - e^1 = 2^2 - e = 4 - e \approx 1.282.$

应用中间值定理

  • 在区间$\left[\frac{1}{2}, 1\right]$上,$h\left(\frac{1}{2}\right) < 0$而$h(1) > 0$,根据中间值定理,存在$c \in \left(\frac{1}{2}, 1\right)$使得$h(c) = 0$。

应用罗尔定理

  • 在区间$[0, c]$上,$h(0) = h(c) = 0$,且$h(x)$在$[0,c]$上连续、可导,因此存在$\xi \in (0, c) \subset (0,1)$使得$h'(\xi) = 0$。
  • 代入导数表达式:
    $2f(\xi)f'(\xi) - e^{\xi} = 0 \implies f'(\xi) = \frac{e^{\xi}}{2f(\xi)}.$

相关问题

  • 下列各进制数中,数值最大的是A.2B.1HB.34.5DC.123.45QD.110.11B

  • 下列哪项不是命题()A. 我正在说谎。B. 北京是中国的首都C. 你在吃饭吗D. 13能被6整除。

  • 例2 解不等式 |3x-1|leqslant 2.

  • 下面哪个逻辑等价关系是不成立的()A. forall x-P(x)equiv -square xP(x)B. forall x-P(x)equiv -square xP(x)C. forall x-P(x)equiv -square xP(x)D. forall x-P(x)equiv -square xP(x)

  • 计算: (log )_(2)9cdot (log )_(3)4= __

  • 【单选题】设U=(u1,u2,u3,u4), 有模糊集合A、B:A = 0.1/u1 + 0.7/u2 + 0.6/u3 + 0.6/u4,B = 0.3/u1 + 0.2/u2 + 0.6/u3 + 0.4/u4,则模糊集合A与B的交、并、补运算结果正确的一项是 。A. A 与 B 的交运算: 0.1/u1 + 0.2/u2 + 0.6/u3 + 0.6/u4B. A 与 B 的并运算: 0.1/u1 + 0.7/u2 + 0.6/u3 + 0.6/u4C. A 的补运算: 0.9/u1 + 0.3/u2 + 0.4/u3 + 0.4/u4D. B 的补运算: 0.7/u1 + 0.8/u2 + 0.4/u3 + 0.4/u4

  • 已知一元二次函数的图像的顶点坐标为(1,2),并且经过点P(3,-4),求:(1)函数的解析式;(2)函数图像的对称轴(3)函数单调减的区间。

  • 10 . 函数(x)=sin (2x+dfrac (pi )(6))的最小正周期为___________ .

  • 8 . 有一个农夫带一匹狼、一只羊和一棵白菜过河(从河的北岸到南岸)。如果没有农夫看管,则狼要吃羊,羊要吃白菜。但是船很小,只够农夫带一样东西过河。用0和1表示狼、羊、白菜分别运到南岸的状态,0表示不在南岸,1表示在南岸,(如:100表示只有狼运到南岸)。初始时,南岸状态为000,表示狼、羊、白菜都没运到南岸,最终状态为111,表示狼、羊、白菜都运到了南岸。用状态空间为农夫找出过河方法,以下狼、羊、白菜在南岸出现的序列可能是( )。A. 000-010-100-101-111B. 000-010-001-101-111C. 000-100-110-111D. 000-001-011-111

  • 4.已知 sin alpha =-dfrac (3)(5), 且α是第三象限的角,则 cos alpha = __ ,-|||-tan alpha = __ o

  • https:/img.zuoyebang.cc/zyb_a9fbde2ddd269cef5638c27e19aff9b4.jpg.5dm 5dm-|||-18 dm一个底面是圆形的扫地机器人,贴合着一块地毯边缘行进一周(如图)。这块地毯的两端是半圆形中间是长方形。扫地机器人圆形底面的半径是https:/img.zuoyebang.cc/zyb_10216bc971f58ed03f5ceaf1efd30f89.jpg.5dm 5dm-|||-18 dm,它的圆心走过路线的长度是______https:/img.zuoyebang.cc/zyb_b5517f317a704553c4186b8deb5b7a51.jpg.5dm 5dm-|||-18 dm。​

  • 下列命题中错误的是( )A B C D

  • 与十进制[1]数 45.25 等值的十六进制[2]数是_____。

  • 试求出三次对称群-|||-._(3)=1(1) ,(12),(13),(23),(123),(132)}-|||-的所有子群.

  • 下列哪项不是命题()A. 我正在说谎。B. 13能被6整除。C. 你在吃饭吗D. 北京是中国的首都。

  • __-|||-(10 ) lim _(xarrow infty )dfrac ({x)^3-2(x)^2+5}(100{x)^2+15}

  • 已知等差数列 12 , 8 , 4 , 0...... 求它的通项公式an 和前 10 项 的和an

  • 考虑下面的频繁3-项集的集合:⑴ 2, 3}, (1,2,4), (1,2, 5), (1,3,4), (1, 3, 5), (2, 3,4), (2, 3, 5), (3,4, 5)假 定数据集中只有5个项,采用合并策略,由候选产生过程得到4-项集不包含()A. 1, 2, 3, 4B. 1, 2, 3, 5C. 1, 2,4, 5D. 1,3, 4, 5

  • 请输入答案。3+5=( )

  • 【填空题】sin dfrac (11)(6)pi =___.

上一页下一页
logo
广州极目未来文化科技有限公司
注册地址:广州市黄埔区揽月路8号135、136、137、138房
关于
  • 隐私政策
  • 服务协议
  • 权限详情
学科
  • 医学
  • 政治学
  • 管理
  • 计算机
  • 教育
  • 数学
联系我们
  • 客服电话: 010-82893100
  • 公司邮箱: daxuesoutijiang@163.com
  • qt

©2023 广州极目未来文化科技有限公司 粤ICP备2023029972号    粤公网安备44011202002296号