题目
设函数f(x)在[0,π]上连续,在(0,π)内可导,求证:存在ξ∈(0,π)使得:f’(ξ)=-f(ξ)cotξ
设函数f(x)在[0,π]上连续,在(0,π)内可导,求证:存在ξ∈(0,π)使得:f’(ξ)=-f(ξ)cotξ
题目解答
答案
构造函数g(x)=f(x)sinxg(0)-g(π)=0=[f'(ξ)sinξ+f(ξ)cosξ](0-π)所以f’(ξ)=-f(ξ)cotξ
解析
步骤 1:构造辅助函数
构造辅助函数 \( g(x) = f(x) \sin x \)。这个函数在区间 [0, π] 上连续,在 (0, π) 内可导。
步骤 2:应用罗尔定理
根据罗尔定理,如果函数 \( g(x) \) 在闭区间 [a, b] 上连续,在开区间 (a, b) 内可导,并且 \( g(a) = g(b) \),那么在 (a, b) 内至少存在一点 \( \xi \),使得 \( g'(\xi) = 0 \)。
步骤 3:计算 \( g(x) \) 的导数
计算 \( g(x) \) 的导数:
\[ g'(x) = f'(x) \sin x + f(x) \cos x \]
步骤 4:应用罗尔定理
由于 \( g(0) = f(0) \sin 0 = 0 \) 和 \( g(\pi) = f(\pi) \sin \pi = 0 \),根据罗尔定理,存在 \( \xi \in (0, \pi) \),使得 \( g'(\xi) = 0 \)。
步骤 5:求解 \( f'(\xi) \)
将 \( g'(\xi) = 0 \) 代入导数表达式:
\[ f'(\xi) \sin \xi + f(\xi) \cos \xi = 0 \]
\[ f'(\xi) \sin \xi = -f(\xi) \cos \xi \]
\[ f'(\xi) = -f(\xi) \cot \xi \]
构造辅助函数 \( g(x) = f(x) \sin x \)。这个函数在区间 [0, π] 上连续,在 (0, π) 内可导。
步骤 2:应用罗尔定理
根据罗尔定理,如果函数 \( g(x) \) 在闭区间 [a, b] 上连续,在开区间 (a, b) 内可导,并且 \( g(a) = g(b) \),那么在 (a, b) 内至少存在一点 \( \xi \),使得 \( g'(\xi) = 0 \)。
步骤 3:计算 \( g(x) \) 的导数
计算 \( g(x) \) 的导数:
\[ g'(x) = f'(x) \sin x + f(x) \cos x \]
步骤 4:应用罗尔定理
由于 \( g(0) = f(0) \sin 0 = 0 \) 和 \( g(\pi) = f(\pi) \sin \pi = 0 \),根据罗尔定理,存在 \( \xi \in (0, \pi) \),使得 \( g'(\xi) = 0 \)。
步骤 5:求解 \( f'(\xi) \)
将 \( g'(\xi) = 0 \) 代入导数表达式:
\[ f'(\xi) \sin \xi + f(\xi) \cos \xi = 0 \]
\[ f'(\xi) \sin \xi = -f(\xi) \cos \xi \]
\[ f'(\xi) = -f(\xi) \cot \xi \]