4.已知 (x)(int )_(0)^xf(t)dt=1(xneq 0), 试求函数f(x)的一般表-|||-达式.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查微分方程的建立与求解,以及积分与导数的相互关系。关键在于通过引入积分函数,将原方程转化为可分离变量的微分方程。
解题思路:
- 引入辅助函数:设 $F(x) = \int_{0}^{x} f(t) dt$,利用微积分基本定理,$F'(x) = f(x)$。
- 转化方程:将原方程 $f(x)F(x) = 1$ 转化为微分方程 $F(x)F'(x) = 1$。
- 分离变量求解:通过分离变量积分,结合初始条件 $F(0) = 0$ 确定常数,最终得到 $f(x)$ 的表达式。
破题关键:通过引入积分函数 $F(x)$,将积分与导数的关系显式化,从而将原方程转化为微分方程。
步骤1:定义积分函数
令 $F(x) = \int_{0}^{x} f(t) dt$,根据微积分基本定理,其导数为 $F'(x) = f(x)$。
步骤2:转化原方程
原方程 $f(x)F(x) = 1$ 可改写为:
$F(x)F'(x) = 1 \quad (x \neq 0)$
步骤3:分离变量并积分
将方程改写为 $F(x) \, dF(x) = dx$,两边积分得:
$\int F(x) \, dF(x) = \int dx \implies \frac{1}{2}F(x)^2 = x + C$
其中 $C$ 为积分常数。
步骤4:确定常数 $C$
当 $x \to 0$ 时,$F(x) \to 0$,代入得:
$\frac{1}{2} \cdot 0^2 = 0 + C \implies C = 0$
因此方程简化为:
$F(x)^2 = 2x \implies F(x) = \pm \sqrt{2x}$
步骤5:求导得 $f(x)$
对 $F(x) = \pm \sqrt{2x}$ 求导:
$F'(x) = \pm \frac{1}{\sqrt{2x}} \quad (x \neq 0)$
因此 $f(x) = \pm \dfrac{1}{\sqrt{2x}}$。
验证:
无论取正号还是负号,$F(x)F'(x) = \sqrt{2x} \cdot \dfrac{1}{\sqrt{2x}} = 1$ 或 $(-\sqrt{2x}) \cdot \left(-\dfrac{1}{\sqrt{2x}}\right) = 1$,均满足原方程。