题目
若方程a_0x^n+a_1x^n-1+…+a_(n-1)x=0有一个正根x=x_0, 证明方程a_0nx^n-1+a_1(n-1)x^n-2+…+a_(n-1)=0必有一个小于x_0的正根。
若方程$$a_0x^n+a_1x^{n-1}+…+a_{n-1}x=0$$有一个正根$$x=x_0$$, 证明方程$$a_0nx^{n-1}+a_1(n-1)x^{n-2}+…+a_{n-1}=0$$必有一个小于$$x_0$$的正根。
题目解答
答案
设$$f(x)=a_0x^n+a_1x^{n-1}+…+a_{n-1}x$$,
$$f'(x)=a_0nx^{n-1}+a_1(n-1)x^{n-2}+…+a_{n-1}$$
显示$$x=0$$是$$f(x)=0$$的根
∵$$x=x_0>0$$是$$f(x)=0$$的根
∴$$y=f(x)$$存在极值点$$x'$$
且$$0<x'<x_0$$使$$f'(x)=0$$
∴$$a_0nx^{n-1}+a_1(n-1)x^{n-2}+…+a_{n-1}=0$$必有一个小于$$x_0$$的正根。
解析
考查要点:本题主要考查罗尔定理的应用,以及通过函数的根与导数根的关系来推导存在性问题。
解题核心思路:
- 构造原方程对应的函数$f(x)$,并分析其在区间端点处的函数值。
- 利用罗尔定理,证明在区间$(0, x_0)$内存在一点使得导数为零,从而得到导数方程的根。
破题关键点:
- 识别函数$f(x)$在$x=0$和$x=x_0$处均为零点,满足罗尔定理的条件。
- 导数方程的根对应原函数的极值点,因此必然存在介于两个零点之间的极值点。
步骤1:构造函数
设原方程对应的函数为:
$f(x) = a_0x^n + a_1x^{n-1} + \dots + a_{n-1}x.$
根据题意,$f(0) = 0$(所有项含$x$因子),且$f(x_0) = 0$($x_0$是正根)。
步骤2:验证罗尔定理条件
- 连续性:多项式函数$f(x)$在闭区间$[0, x_0]$上连续。
- 可导性:多项式函数在开区间$(0, x_0)$内可导。
- 端点函数值相等:$f(0) = f(x_0) = 0$。
步骤3:应用罗尔定理
根据罗尔定理,存在一点$c \in (0, x_0)$,使得:
$f'(c) = 0.$
而$f'(x)$即为导数方程:
$a_0nx^{n-1} + a_1(n-1)x^{n-2} + \dots + a_{n-1} = 0.$
因此,导数方程在$(0, x_0)$内必有一个正根$c$,且$c < x_0$。