题目
14.已知函数f(x)在[0,1]上连续,在(0,1)内是函数(sin pi x)/(x)的一个原函数,且f(1)=0,则f(x)在区间[0,1]上的平均值为_____.
14.已知函数f(x)在[0,1]上连续,在(0,1)内是函数$\frac{\sin \pi x}{x}$的一个原函数,且f(1)=0,则f(x)在区间[0,1]上的平均值为_____.
题目解答
答案
由题意,$f(x)$在[0,1]上连续,且在(0,1)内满足 $f'(x) = \frac{\sin \pi x}{x}$。已知 $f(1) = 0$,求 $f(x)$ 在[0,1]上的平均值。
根据平均值公式:
\[
\text{平均值} = \frac{1}{1-0} \int_0^1 f(x) \, dx = \int_0^1 f(x) \, dx
\]
由 $f'(x) = \frac{\sin \pi x}{x}$,得:
\[
f(x) = \int \frac{\sin \pi x}{x} \, dx + C
\]
利用 $f(1) = 0$,有:
\[
f(1) = \int_0^1 \frac{\sin \pi x}{x} \, dx + C = 0
\]
其中,$\int_0^1 \frac{\sin \pi x}{x} \, dx = \frac{\pi}{2}$(狄利克雷积分),故:
\[
C = -\frac{\pi}{2}
\]
因此,$f(x) = \int_0^x \frac{\sin \pi t}{t} \, dt - \frac{\pi}{2}$。
计算 $\int_0^1 f(x) \, dx$:
\[
\int_0^1 f(x) \, dx = \int_0^1 \left( \int_0^x \frac{\sin \pi t}{t} \, dt - \frac{\pi}{2} \right) dx
\]
交换积分顺序:
\[
\int_0^1 \int_0^x \frac{\sin \pi t}{t} \, dt \, dx = \int_0^1 \frac{\sin \pi t}{t} \int_t^1 dx \, dt = \int_0^1 \frac{\sin \pi t}{t} (1 - t) \, dt
\]
\[
= \int_0^1 \frac{\sin \pi t}{t} \, dt - \int_0^1 \sin \pi t \, dt = \frac{\pi}{2} - \left[ -\frac{\cos \pi t}{\pi} \right]_0^1 = \frac{\pi}{2} - \left( -\frac{-1}{\pi} + \frac{1}{\pi} \right) = \frac{\pi}{2}
\]
同时,$\int_0^1 \frac{\pi}{2} \, dx = \frac{\pi}{2}$。
综上:
\[
\int_0^1 f(x) \, dx = \frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{2} = 0
\]
因此,$f(x)$ 在[0,1]上的平均值为 $0$。
答案:0