题目
设f(x)在f(x)上连续,在f(x)内可导,且f(x),证明至少存在一个f(x),使得f(x)
设 在
在 上连续,在
上连续,在 内可导,且
内可导,且 ,证明至少存在一个
,证明至少存在一个 ,使得
,使得
题目解答
答案
证明:
∵ 在
在 上连续,在
上连续,在 内可导
内可导
设
∴ 在
在 上连续,在
上连续,在 内可导
内可导
∴
且
则由罗尔定理得
至少存在一个
使得
即
即
即
即证明成立
解析
步骤 1:构造辅助函数
构造辅助函数$g(x)={e}^{x}(2-f(x))$,其中$f(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,且$f(0)=f(1)=2$。
步骤 2:验证辅助函数的性质
由于$f(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,因此$g(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导。
步骤 3:计算辅助函数的导数
计算$g(x)$的导数$g'(x)={e}^{x}(2-f(x)-f'(x))$。
步骤 4:应用罗尔定理
由于$g(0)={e}^{0}(2-f(0))=0$,$g(1)={e}^{1}(2-f(1))=0$,根据罗尔定理,至少存在一个$\xi \in (0,1)$,使得$g'(\xi )=0$。
步骤 5:推导出$f'(\xi )+f(\xi )=2$
由$g'(\xi )=0$,得到${e}^{\xi }(2-f(\xi )-f'(\xi ))=0$,由于${e}^{\xi } \neq 0$,因此$2-f(\xi )-f'(\xi )=0$,即$f'(\xi )+f(\xi )=2$。
构造辅助函数$g(x)={e}^{x}(2-f(x))$,其中$f(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,且$f(0)=f(1)=2$。
步骤 2:验证辅助函数的性质
由于$f(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,因此$g(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导。
步骤 3:计算辅助函数的导数
计算$g(x)$的导数$g'(x)={e}^{x}(2-f(x)-f'(x))$。
步骤 4:应用罗尔定理
由于$g(0)={e}^{0}(2-f(0))=0$,$g(1)={e}^{1}(2-f(1))=0$,根据罗尔定理,至少存在一个$\xi \in (0,1)$,使得$g'(\xi )=0$。
步骤 5:推导出$f'(\xi )+f(\xi )=2$
由$g'(\xi )=0$,得到${e}^{\xi }(2-f(\xi )-f'(\xi ))=0$,由于${e}^{\xi } \neq 0$,因此$2-f(\xi )-f'(\xi )=0$,即$f'(\xi )+f(\xi )=2$。