题目
21.(本题满分12分)设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,且f'(x)>0,若极限lim_(xto a^+)(f(2x-a))/(x-a)存在,证明:(1)在(a,b)内,f(x)>0;(2)在(a,b)内存在一点ξ,使得(b^2-a^2)/(int_(a)^bf(x)dx)=(2xi)/(f(xi));(3)在(a,b)内存在与(2)中ξ相异的点η,使得f'(eta)(b^2-a^2)=(2xi)/(xi-a)int_(a)^bf(x)dx.
21.(本题满分12分)
设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,且f'(x)>0,若极限
$\lim_{x\to a^{+}}\frac{f(2x-a)}{x-a}$存在,证明:
(1)在(a,b)内,f(x)>0;
(2)在(a,b)内存在一点ξ,使得$\frac{b^{2}-a^{2}}{\int_{a}^{b}f(x)dx}=\frac{2\xi}{f(\xi)}$;
(3)在(a,b)内存在与(2)中ξ相异的点η,使得$f'(\eta)\left(b^{2}-a^{2}\right)=\frac{2\xi}{\xi-a}\int_{a}^{b}f(x)dx$.
题目解答
答案
(1) 由极限 $\lim_{x \to a^+} \frac{f(2x-a)}{x-a}$ 存在,得 $f(a) = 0$。
由 $f'(x) > 0$,$f(x)$ 在 $(a, b)$ 内单调递增,故 $f(x) > f(a) = 0$。
(2) 令 $F(x) = x^2$,$G(x) = \int_a^x f(t) \, dt$,
由柯西中值定理,存在 $\xi \in (a, b)$,
\[
\frac{F(b) - F(a)}{G(b) - G(a)} = \frac{F'(\xi)}{G'(\xi)} \Rightarrow \frac{b^2 - a^2}{\int_a^b f(x) \, dx} = \frac{2\xi}{f(\xi)}.
\]
(3) 由(2)得 $\int_a^b f(x) \, dx = \frac{f(\xi)(b^2 - a^2)}{2\xi}$,
代入得 $f'(\eta)(b^2 - a^2) = \frac{2\xi}{\xi - a} \int_a^b f(x) \, dx$,
由拉格朗日中值定理,存在 $\eta \in (a, \xi)$(或 $(\xi, b)$),满足 $f'(\eta) = \frac{f(\xi)}{\xi - a}$。
\[
\boxed{
\begin{array}{ccc}
\text{(1) } f(x) > 0 \text{ 在 } (a, b), \\
\text{(2) } \frac{b^2 - a^2}{\int_a^b f(x) \, dx} = \frac{2\xi}{f(\xi)}, \\
\text{(3) } f'(\eta)(b^2 - a^2) = \frac{2\xi}{\xi - a} \int_a^b f(x) \, dx.
\end{array}
}
\]