题目
【例9】(1991,数一、二)设函数f(x)在[0,1]上连续,(0,1)内可导,且3int_((2)/(3))^1f(x)dx=f(0),证明在(0,1)内存在一点c,使f'(c)=0.
【例9】(1991,数一、二)设函数f(x)在[0,1]上连续,(0,1)内可导,且3$\int_{\frac{2}{3}}^{1}f(x)dx=f(0),$证明在(0,1)内存在一点c,使$f'(c)=0.$
题目解答
答案
由积分中值定理,存在 $c_1 \in \left[\frac{2}{3}, 1\right]$,使得
\[
\int_{\frac{2}{3}}^{1} f(x) \, dx = \frac{1}{3} f(c_1).
\]
结合已知条件 $3 \int_{\frac{2}{3}}^{1} f(x) \, dx = f(0)$,得
\[
f(c_1) = f(0).
\]
由于 $f(x)$ 在 $[0, c_1]$ 上连续,在 $(0, c_1)$ 内可导,且 $f(0) = f(c_1)$,由罗尔定理知,存在 $c \in (0, c_1) \subset (0, 1)$,使得
\[
f'(c) = 0.
\]
因此,结论得证。
\[
\boxed{f'(c) = 0}
\]
解析
考查要点:本题主要考查积分中值定理和罗尔定理的综合应用,需要学生通过构造辅助条件,将积分与导数问题联系起来。
解题核心思路:
- 积分中值定理:利用积分中值定理将积分表达式转化为某个点的函数值,从而建立与已知条件的关系。
- 罗尔定理:通过构造满足罗尔定理条件的区间,证明导数为零的点存在。
破题关键点:
- 关键转化:通过积分中值定理将积分条件转化为$f(c_1) = f(0)$,从而构造出端点函数值相等的区间。
- 区间选择:选择区间$[0, c_1]$,结合$f(0) = f(c_1)$,直接应用罗尔定理。
步骤1:应用积分中值定理
函数$f(x)$在$[\frac{2}{3}, 1]$上连续,根据积分中值定理,存在$c_1 \in \left[\frac{2}{3}, 1\right]$,使得:
$\int_{\frac{2}{3}}^{1} f(x) \, dx = f(c_1) \cdot \left(1 - \frac{2}{3}\right) = \frac{1}{3} f(c_1).$
步骤2:结合已知条件
题目给出$3 \int_{\frac{2}{3}}^{1} f(x) \, dx = f(0)$,代入积分中值定理的结果:
$3 \cdot \frac{1}{3} f(c_1) = f(0) \implies f(c_1) = f(0).$
步骤3:应用罗尔定理
函数$f(x)$在$[0, c_1]$上连续,在$(0, c_1)$内可导,且$f(0) = f(c_1)$。根据罗尔定理,存在$c \in (0, c_1) \subset (0, 1)$,使得:
$f'(c) = 0.$