题目
已知 '(x)cdot (int )_(0)^2f(x)dx=8, 且 (0)=0, (x)geqslant 0, 则 f(x)= __

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查微积分中的积分与导数的综合应用,涉及微分方程的求解及积分常数的确定。
解题核心思路:
- 引入积分常数:设定积分 $\int_{0}^{2} f(x)dx = A$,将原方程转化为关于 $A$ 的方程。
- 求导与积分关系:通过原方程 $f'(x) \cdot A = 8$,得出 $f'(x)$ 为常数,从而确定 $f(x)$ 的表达式。
- 代入求解常数:利用初始条件 $f(0)=0$ 确定积分常数,并通过代入积分表达式求出 $A$ 的具体值。
破题关键点:
- 分离变量:将积分结果视为常数,简化方程形式。
- 非负性条件:确保最终函数表达式满足 $f(x) \geq 0$。
步骤1:设积分结果为常数
设 $\int_{0}^{2} f(x)dx = A$,则原方程变为:
$f'(x) \cdot A = 8 \quad \Rightarrow \quad f'(x) = \frac{8}{A}.$
步骤2:求原函数表达式
对 $f'(x)$ 积分得:
$f(x) = \frac{8}{A} x + C.$
利用初始条件 $f(0) = 0$,代入得 $C = 0$,故:
$f(x) = \frac{8}{A} x.$
步骤3:代入积分求常数 $A$
将 $f(x)$ 代入 $A = \int_{0}^{2} f(x)dx$:
$A = \int_{0}^{2} \frac{8}{A} x \, dx = \frac{8}{A} \cdot \left[ \frac{x^2}{2} \right]_0^2 = \frac{8}{A} \cdot \frac{4}{2} = \frac{16}{A}.$
解得:
$A^2 = 16 \quad \Rightarrow \quad A = 4 \quad (\text{因 $f(x) \geq 0$,积分结果为正}).$
步骤4:确定最终表达式
将 $A = 4$ 代入 $f(x)$,得:
$f(x) = \frac{8}{4} x = 2x.$
验证 $f(x) = 2x \geq 0$ 在 $x \geq 0$ 时成立,符合题意。