题目
12.设函数f(x),g(x)对一切x∈(-∞,+∞)满足方程f"(x)+g(x)f'(x)-f(x)=0,又f(a)=f(b)=0,则在(a,b)内f(x)( )A. 恒正.B. 恒负.C. 可正可负.D. 恒为零.
12.设函数f(x),g(x)对一切x∈(-∞,+∞)满足方程f"(x)+g(x)f'(x)-f(x)=0,又f(a)=f(b)=0,则在(a,b)内f(x)( )
A. 恒正.
B. 恒负.
C. 可正可负.
D. 恒为零.
题目解答
答案
D. 恒为零.
解析
本题考查利用函数的导数性质以及已知方程来判断函数在给定区间内的取值情况。解题的关键思路是通过构造辅助函数,利用罗尔定理来逐步推导函数的性质。
- 首先,设$F(x)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}f(x)$,对$F(x)$求导:
- 根据乘积的求导法则$(uv)^\prime = u^\prime v + uv^\prime$,其中$u = e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}$,$v = f(x)$。
- 对$u$求导,令$y=\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt$,根据复合函数求导法则$\frac{du}{dx}=\frac{du}{dy}\cdot\frac{dy}{dx}$,$\frac{du}{dy}=e^y$,$\frac{dy}{dx}=\frac{1}{2}g(x)$,所以$u^\prime = e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}\cdot\frac{1}{2}g(x)$。
- 则$F^\prime(x)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}\cdot\frac{1}{2}g(x)f(x)+e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}f^\prime(x)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}(f^\prime(x)+\frac{1}{2}g(x)f(x))$。
- 然后,对$F^\prime(x)$再次求导:
- 同样根据乘积的求导法则,设$u = e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}$,$v = f^\prime(x)+\frac{1}{2}g(x)f(x)$。
- 对$u$求导还是$u^\prime = e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}\cdot\frac{1}{2}g(x)$。
- 对$v$求导,$v^\prime = f^{\prime\prime}(x)+\frac{1}{2}g^\prime(x)f(x)+\frac{1}{2}g(x)f^\prime(x)$。
- 则$F^{\prime\prime}(x)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}\cdot\frac{1}{2}g(x)(f^\prime(x)+\frac{1}{2}g(x)f(x))+e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}(f^{\prime\prime}(x)+\frac{1}{2}g^\prime(x)f(x)+\frac{1}{2}g(x)f^\prime(x))$。
- 已知$f^{\prime\prime}(x)+g(x)f^\prime(x)-f(x)=0$,即$f^{\prime\prime}(x)=f(x)-g(x)f^\prime(x)$,代入上式化简可得$F^{\prime\prime}(x)=0$。
- 接着,因为$F^{\prime\prime}(x)=0$,所以$F^\prime(x)$是一个常数函数。
- 又因为$F(a)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{a}g(t)dt}f(a)=0$,$F(b)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{b}g(t)dt}f(b)=0$,由罗尔定理可知,存在$\xi\in(a,b)$,使得$F^\prime(\xi)=0$。
- 由于$F^\prime(x)$是常数函数且$F^\prime(\xi)=0$,所以$F^\prime(x)=0$,$x\in(a,b)$。
- 再对$F(x)$使用罗尔定理:
- 因为$F^\prime(x)=0$,$x\in(a,b)$,且$F(a)=F(b)=0$,所以$F(x)$是一个常数函数。
- 又$F(a)=0$,所以$F(x)=0$,$x\in(a,b)$。
- 最后,因为$F(x)=e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}f(x)=0$,而$e^{\frac{1}{2}\int_{a}^{x}g(t)dt}\neq0$,所以$f(x)=0$,$x\in(a,b)$。