题目 设 f(x) 在 [0,1] 上连续 , 在 (0,1) 内可导 , 且 f(1)=0, 证明:存在一点 ξ∈(0,1), 使 2f(ξ)+ξf′(ξ)=0.
设
题目解答
答案
证明:令
且
由罗尔定理可知在
即
所以
即证。
解析
考查要点:本题主要考查罗尔定理的应用以及辅助函数的构造能力。关键在于通过构造适当的函数,将原问题转化为罗尔定理的适用条件。
解题核心思路:
- 构造辅助函数:通过观察目标方程形式,构造一个包含$f(x)$及其导数的函数,使其导数与题目中的表达式相关联。
- 验证罗尔定理条件:确认构造的函数在闭区间上连续、开区间内可导,且端点函数值相等。
- 应用罗尔定理:得出导数为零的点,进而推导出原方程成立。
破题关键点:
- 选择$x^2f(x)$作为辅助函数,其导数形式恰好包含题目中的$2f(\xi) + \xi f'(\xi)$,通过除以$\xi$即可得到目标方程。
构造辅助函数
令$F(x) = x^2 f(x)$,则:
- 连续性:$F(x)$在$[0,1]$上连续(因$f(x)$连续,多项式函数$x^2$连续,乘积连续)。
- 可导性:$F(x)$在$(0,1)$内可导(因$f(x)$可导,$x^2$可导,乘积可导)。
- 端点值:
- $F(0) = 0^2 \cdot f(0) = 0$,
- $F(1) = 1^2 \cdot f(1) = 0$(由题设$f(1)=0$)。
应用罗尔定理
根据罗尔定理,存在$\xi \in (0,1)$,使得$F'(\xi) = 0$。计算导数:
$F'(x) = \frac{d}{dx} \left( x^2 f(x) \right) = 2x f(x) + x^2 f'(x).$
令$F'(\xi) = 0$,得:
$2\xi f(\xi) + \xi^2 f'(\xi) = 0.$
化简方程
两边同除以$\xi$($\xi \neq 0$),得:
$2f(\xi) + \xi f'(\xi) = 0.$
即证存在$\xi \in (0,1)$满足题设方程。