题目
设f(x)是(-∞,+∞)内的连续函数,且满足, int _(0)^xf(x-t)tdt=e^x-x-1,求f(x)
设f(x)是(-∞,+∞)内的连续函数,且满足,
$\int _{0}^{x}f(x-t)tdt=e^{x}-x-1$,求$f(x)$
题目解答
答案
令$u=x-t$,两边求导.$f(x)=e^{x}$.
解析
考查要点:本题主要考查积分方程的求解方法,涉及变量替换和莱布尼茨积分法则的应用。关键在于将积分方程转化为可求导的形式,进而通过两次求导确定未知函数。
解题思路:
- 变量替换:通过令$u = x - t$,将积分中的$f(x-t)$转化为$f(u)$,简化积分表达式。
- 求导消去积分:对等式两边关于$x$求导,利用莱布尼茨积分法则,将积分方程转化为关于$\int_0^x f(u) du$的方程。
- 再次求导:对新方程再次求导,直接得到$f(x)$的表达式。
破题关键:通过变量替换将积分转化为标准形式,两次求导消去积分符号,最终得到$f(x)$。
步骤1:变量替换
令$u = x - t$,则$t = x - u$,$dt = -du$。当$t$从$0$到$x$时,$u$从$x$到$0$。积分上下限交换并调整符号后,原式变为:
$\int_0^x f(u)(x - u) du = e^x - x - 1.$
步骤2:第一次求导
对等式两边关于$x$求导,左边使用莱布尼茨积分法则:
$\frac{d}{dx} \int_0^x f(u)(x - u) du = \int_0^x f(u) du + f(x) \cdot 0 = \int_0^x f(u) du.$
右边求导结果为:
$\frac{d}{dx} (e^x - x - 1) = e^x - 1.$
因此得到方程:
$\int_0^x f(u) du = e^x - 1 - x.$
步骤3:第二次求导
对上述方程两边再次求导:
$\frac{d}{dx} \int_0^x f(u) du = f(x),$
右边求导结果为:
$\frac{d}{dx} (e^x - 1 - x) = e^x - 1.$
因此得到:
$f(x) = e^x - 1 + 1 = e^x.$