题目
:,设f(x)在[0,π]上连续,在(0,π)内可导,求证:存在 varepsilon in (0,pi ), 使得 '(xi )=-|||--f(xi ) Cot,
题目解答
答案
解题如下;
解:
,设

可以得知
已知f(x)在
连续,在
可导
则根据罗尔定理可知存在一点
,使得

解析
考查要点:本题主要考查罗尔定理的应用以及辅助函数的构造能力。关键在于通过构造合适的函数,将原问题转化为罗尔定理的结论。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:通过观察目标式子$f'(\xi) = -f(\xi)\cot\xi$,发现需要将$f'(x)$与$f(x)$结合,因此考虑引入$\sin x$或$\cos x$构造辅助函数。
- 满足罗尔定理条件:构造的函数需满足在区间端点处函数值相等,从而直接应用罗尔定理得到导数为零的点。
破题关键点:
- 选择$g(x) = f(x)\sin x$:利用$\sin 0 = \sin \pi = 0$,使得$g(0) = g(\pi) = 0$,满足罗尔定理的条件。
- 对$g(x)$求导:通过导数表达式联立等式,推导出目标式子。
构造辅助函数
设$g(x) = f(x)\sin x$,则:
- 当$x = 0$时,$\sin 0 = 0$,故$g(0) = f(0) \cdot 0 = 0$;
- 当$x = \pi$时,$\sin \pi = 0$,故$g(\pi) = f(\pi) \cdot 0 = 0$。
验证罗尔定理条件
- 连续性:$f(x)$在$[0, \pi]$连续,$\sin x$在$[0, \pi]$连续,故$g(x)$在$[0, \pi]$连续。
- 可导性:$f(x)$在$(0, \pi)$可导,$\sin x$在$(0, \pi)$可导,故$g(x)$在$(0, \pi)$可导。
- 端点值相等:$g(0) = g(\pi) = 0$。
应用罗尔定理
根据罗尔定理,存在$\xi \in (0, \pi)$,使得$g'(\xi) = 0$。
计算导数并化简
$g'(x) = f'(x)\sin x + f(x)\cos x$
令$g'(\xi) = 0$,得:
$f'(\xi)\sin\xi + f(\xi)\cos\xi = 0$
整理得:
$f'(\xi) = -f(\xi)\frac{\cos\xi}{\sin\xi} = -f(\xi)\cot\xi$
即证得结论。