题目
F'(x)= f(x), f(x) 为可导函数,且 f(0)=1,又 F(x)= xf(x)+ x^2,则 f(x)= ( )A. -2x-1;B. -x^2+1;C. -2x+1;D. -x^2-1.
$F'(x)= f(x)$, $f(x)$ 为可导函数,且 $f(0)=1$,又 $F(x)= xf(x)+ x^2$,则 $f(x)= (\quad)$
A. $-2x-1$;
B. $-x^2+1$;
C. $-2x+1$;
D. $-x^2-1$.
题目解答
答案
C. $-2x+1$;
解析
考查要点:本题主要考查导数的运算规则(乘积法则)以及微分方程的求解方法。关键在于通过已知条件建立关于$f(x)$的微分方程,并结合初始条件求解。
解题思路:
- 利用导数定义:根据$F'(x) = f(x)$,对$F(x) = x f(x) + x^2$求导,得到关于$f(x)$和$f'(x)$的方程。
- 建立微分方程:通过整理导数结果,消去$f(x)$,得到关于$f'(x)$的方程。
- 求解微分方程:分离变量积分,结合初始条件$f(0)=1$确定常数。
破题关键:正确应用乘积法则对$x f(x)$求导,并注意$x=0$时的特殊情况。
-
对$F(x)$求导
根据$F(x) = x f(x) + x^2$,应用乘积法则对$x f(x)$求导:
$F'(x) = \frac{d}{dx}[x f(x)] + \frac{d}{dx}[x^2] = f(x) + x f'(x) + 2x$ -
建立方程
题目给出$F'(x) = f(x)$,代入上式得:
$f(x) + x f'(x) + 2x = f(x)$
消去两边的$f(x)$,整理得:
$x f'(x) + 2x = 0$ -
求解微分方程
当$x \neq 0$时,方程可化简为:
$f'(x) = -2$
积分得:
$f(x) = -2x + C$
利用初始条件$f(0) = 1$,代入$x=0$得:
$1 = -2 \cdot 0 + C \implies C = 1$
因此,$f(x) = -2x + 1$。 -
验证$x=0$的情况
当$x=0$时,原方程$x f'(x) + 2x = 0$恒成立,无需额外处理。解$f(x) = -2x + 1$在$x=0$处连续且满足条件。