题目
(5)(本题满分12分)已知f(x)的定义域为 (0,+infty ), 且满足 (x)=1+(int )_(0)^x(u)^2f(u)du.-|||-(I)求f(x);-|||-(II)求f(x)在定义域内的最小值.

题目解答
答案

解析
步骤 1:求导数
对等式 $xf(x)=1+{\int }_{0}^{x}{u}^{2}f(u)du$ 两边同时求导,得到:
$$
f(x) + xf'(x) = x^2f(x)
$$
步骤 2:整理方程
将上述方程整理为:
$$
xf'(x) = x^2f(x) - f(x)
$$
$$
xf'(x) = (x^2 - 1)f(x)
$$
步骤 3:分离变量
将方程分离变量,得到:
$$
\frac{f'(x)}{f(x)} = \frac{x^2 - 1}{x}
$$
步骤 4:积分
对上述方程两边积分,得到:
$$
\int \frac{f'(x)}{f(x)} dx = \int \frac{x^2 - 1}{x} dx
$$
$$
\ln|f(x)| = \frac{1}{2}x^2 - \ln|x| + C
$$
步骤 5:求解f(x)
将上述方程整理为:
$$
f(x) = e^{\frac{1}{2}x^2 - \ln|x| + C} = e^C \cdot \frac{e^{\frac{1}{2}x^2}}{x}
$$
步骤 6:确定常数C
根据原方程 $xf(x)=1+{\int }_{0}^{x}{u}^{2}f(u)du$,当 $x=0$ 时,$f(x)=0$,代入上式,得到:
$$
0 = e^C \cdot \frac{e^{\frac{1}{2} \cdot 0^2}}{0}
$$
由于 $e^C$ 不为零,所以 $C=0$,因此:
$$
f(x) = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2}}{x}
$$
步骤 7:求最小值
对 $f(x)$ 求导,得到:
$$
f'(x) = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2} \cdot x - e^{\frac{1}{2}x^2}}{x^2} = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2} \cdot (x - 1)}{x^2}
$$
令 $f'(x) = 0$,得到 $x = 1$,因此 $f(x)$ 在 $x=1$ 处取得最小值:
$$
f(1) = \frac{e^{\frac{1}{2} \cdot 1^2}}{1} = e^{\frac{1}{2}}
$$
对等式 $xf(x)=1+{\int }_{0}^{x}{u}^{2}f(u)du$ 两边同时求导,得到:
$$
f(x) + xf'(x) = x^2f(x)
$$
步骤 2:整理方程
将上述方程整理为:
$$
xf'(x) = x^2f(x) - f(x)
$$
$$
xf'(x) = (x^2 - 1)f(x)
$$
步骤 3:分离变量
将方程分离变量,得到:
$$
\frac{f'(x)}{f(x)} = \frac{x^2 - 1}{x}
$$
步骤 4:积分
对上述方程两边积分,得到:
$$
\int \frac{f'(x)}{f(x)} dx = \int \frac{x^2 - 1}{x} dx
$$
$$
\ln|f(x)| = \frac{1}{2}x^2 - \ln|x| + C
$$
步骤 5:求解f(x)
将上述方程整理为:
$$
f(x) = e^{\frac{1}{2}x^2 - \ln|x| + C} = e^C \cdot \frac{e^{\frac{1}{2}x^2}}{x}
$$
步骤 6:确定常数C
根据原方程 $xf(x)=1+{\int }_{0}^{x}{u}^{2}f(u)du$,当 $x=0$ 时,$f(x)=0$,代入上式,得到:
$$
0 = e^C \cdot \frac{e^{\frac{1}{2} \cdot 0^2}}{0}
$$
由于 $e^C$ 不为零,所以 $C=0$,因此:
$$
f(x) = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2}}{x}
$$
步骤 7:求最小值
对 $f(x)$ 求导,得到:
$$
f'(x) = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2} \cdot x - e^{\frac{1}{2}x^2}}{x^2} = \frac{e^{\frac{1}{2}x^2} \cdot (x - 1)}{x^2}
$$
令 $f'(x) = 0$,得到 $x = 1$,因此 $f(x)$ 在 $x=1$ 处取得最小值:
$$
f(1) = \frac{e^{\frac{1}{2} \cdot 1^2}}{1} = e^{\frac{1}{2}}
$$