题目
设 (x)=ln (x+1)-x 则f(x)在[0,1]上满足拉格朗日中值定理的 =
设 
题目解答
答案
解:
解析
拉格朗日中值定理的核心是:若函数$f(x)$在闭区间$[a,b]$上连续,在开区间$(a,b)$内可导,则存在一点$\xi \in (a,b)$,使得$f'(\xi) = \frac{f(b)-f(a)}{b-a}$。本题的关键在于:
- 验证条件:确认$f(x)$在$[0,1]$上连续且可导;
- 计算平均变化率:求$\frac{f(1)-f(0)}{1-0}$;
- 建立方程:通过$f'(\xi) =$平均变化率求解$\xi$;
- 验证解的范围:确保$\xi \in (0,1)$。
步骤1:验证定理条件
- 连续性:$\ln(x+1)$在$x>-1$时连续,$x$在$\mathbb{R}$上连续,故$f(x)=\ln(x+1)-x$在$[0,1]$上连续。
- 可导性:$\ln(x+1)$和$x$在$x>-1$时可导,故$f(x)$在$(0,1)$内可导。
步骤2:计算平均变化率
$\frac{f(1)-f(0)}{1-0} = \frac{(\ln 2 -1) - 0}{1} = \ln 2 -1.$
步骤3:求导并建立方程
求$f(x)$的导数:
$f'(x) = \frac{1}{x+1} -1.$
根据定理,存在$\xi \in (0,1)$使得:
$\frac{1}{\xi +1} -1 = \ln 2 -1.$
步骤4:解方程求$\xi$
- 两边加1:
$\frac{1}{\xi +1} = \ln 2.$ - 取倒数:
$\xi +1 = \frac{1}{\ln 2}.$ - 解得:
$\xi = \frac{1}{\ln 2} -1.$
步骤5:验证$\xi$的范围
计算$\frac{1}{\ln 2} \approx 1.4427$,故$\xi \approx 0.4427 \in (0,1)$,满足条件。