题目
设fx在[0,1]上有连续的二阶导数,且f(0)=0,f(1)=0.5,f(1/2)=0, 证明在(0,1)内至少有一点ξ,使f(ξ)≥2 错了,应该证明在(0,1)内至少有一点ξ,使f’’(ξ)≥2
设fx在[0,1]上有连续的二阶导数,且f(0)=0,f(1)=0.5,f(1/2)=0, 证明在(0,1)内至少有一点ξ,使f(ξ)≥2 错了,应该证明在(0,1)内至少有一点ξ,使f’’(ξ)≥2
题目解答
答案
设g(x)=f(x)-x²+x/2g(0)=f(0)-0+0=0g(1/2)=f(1/2)-1/4+1/4=0g(1)=f(1)-1+1/2=0.5-1+1/2=0因此g(x)在[0,1]内有三个零点,且g(x)显然是二阶可导的由罗尔定理:存在η1∈(0,1/2),η2∈(1/2,1)使:g'(η1)=0,g'(η2)...
解析
步骤 1:定义辅助函数
定义辅助函数 \( g(x) = f(x) - x^2 + \frac{x}{2} \)。这个函数的定义是为了利用已知条件和罗尔定理来证明结论。
步骤 2:计算辅助函数在特定点的值
计算 \( g(x) \) 在 \( x = 0, \frac{1}{2}, 1 \) 处的值:
- \( g(0) = f(0) - 0^2 + \frac{0}{2} = 0 \)
- \( g(\frac{1}{2}) = f(\frac{1}{2}) - (\frac{1}{2})^2 + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} = 0 - \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = 0 \)
- \( g(1) = f(1) - 1^2 + \frac{1}{2} \cdot 1 = 0.5 - 1 + 0.5 = 0 \)
步骤 3:应用罗尔定理
由于 \( g(x) \) 在区间 [0, 1] 上连续且可导,且 \( g(0) = g(\frac{1}{2}) = g(1) = 0 \),根据罗尔定理,存在 \( \eta_1 \in (0, \frac{1}{2}) \) 和 \( \eta_2 \in (\frac{1}{2}, 1) \) 使得 \( g'(\eta_1) = 0 \) 和 \( g'(\eta_2) = 0 \)。
步骤 4:计算辅助函数的一阶导数
计算 \( g(x) \) 的一阶导数:
\[ g'(x) = f'(x) - 2x + \frac{1}{2} \]
步骤 5:应用罗尔定理于一阶导数
由于 \( g'(\eta_1) = 0 \) 和 \( g'(\eta_2) = 0 \),且 \( g'(x) \) 在区间 [0, 1] 上连续且可导,根据罗尔定理,存在 \( \xi \in (\eta_1, \eta_2) \) 使得 \( g''(\xi) = 0 \)。
步骤 6:计算辅助函数的二阶导数
计算 \( g(x) \) 的二阶导数:
\[ g''(x) = f''(x) - 2 \]
步骤 7:证明结论
由于 \( g''(\xi) = 0 \),则有 \( f''(\xi) - 2 = 0 \),即 \( f''(\xi) = 2 \)。因此,在 (0, 1) 内至少有一点 \( \xi \),使得 \( f''(\xi) \geq 2 \)。
定义辅助函数 \( g(x) = f(x) - x^2 + \frac{x}{2} \)。这个函数的定义是为了利用已知条件和罗尔定理来证明结论。
步骤 2:计算辅助函数在特定点的值
计算 \( g(x) \) 在 \( x = 0, \frac{1}{2}, 1 \) 处的值:
- \( g(0) = f(0) - 0^2 + \frac{0}{2} = 0 \)
- \( g(\frac{1}{2}) = f(\frac{1}{2}) - (\frac{1}{2})^2 + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} = 0 - \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = 0 \)
- \( g(1) = f(1) - 1^2 + \frac{1}{2} \cdot 1 = 0.5 - 1 + 0.5 = 0 \)
步骤 3:应用罗尔定理
由于 \( g(x) \) 在区间 [0, 1] 上连续且可导,且 \( g(0) = g(\frac{1}{2}) = g(1) = 0 \),根据罗尔定理,存在 \( \eta_1 \in (0, \frac{1}{2}) \) 和 \( \eta_2 \in (\frac{1}{2}, 1) \) 使得 \( g'(\eta_1) = 0 \) 和 \( g'(\eta_2) = 0 \)。
步骤 4:计算辅助函数的一阶导数
计算 \( g(x) \) 的一阶导数:
\[ g'(x) = f'(x) - 2x + \frac{1}{2} \]
步骤 5:应用罗尔定理于一阶导数
由于 \( g'(\eta_1) = 0 \) 和 \( g'(\eta_2) = 0 \),且 \( g'(x) \) 在区间 [0, 1] 上连续且可导,根据罗尔定理,存在 \( \xi \in (\eta_1, \eta_2) \) 使得 \( g''(\xi) = 0 \)。
步骤 6:计算辅助函数的二阶导数
计算 \( g(x) \) 的二阶导数:
\[ g''(x) = f''(x) - 2 \]
步骤 7:证明结论
由于 \( g''(\xi) = 0 \),则有 \( f''(\xi) - 2 = 0 \),即 \( f''(\xi) = 2 \)。因此,在 (0, 1) 内至少有一点 \( \xi \),使得 \( f''(\xi) \geq 2 \)。