问题 问答题

证明方程sinx+xcosx=0在区间(0,π)内有且仅有一个实根.

答案

参考答案:令F(x)=xsinx,知其在[0,π]上连续,在(0,π)内可导,且F(0)=F(π)=0,于是由罗尔定理知,至少存在一点ξ∈(0,π),使F’(ξ)=0,即sinξ+ξcosξ=0,故在(0,π)内,方程sinx+xcosx=0至少有一个根ξ.
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从而知ψ(x)单调递减,x∈(0,π),即知方程ψ(x)=0至多有一个根,故知方程ψ(x)=0至多有一个根.
综上所述,在(0,π)内,方程sinx+xcosx=0有且仅有一个实根.
注:①ψ(x)=sinx+xcosx,可利用连续函数介值定理,证明ψ(x)在(0,π)内有零点,不过要在[*]上考察,而不能直接在[0,π]上用,这是因为ψ(0)=0.事实上
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故在[*]内,从而在(0,π)内方程ψ(x)=0至少有一个根.
②ψ’(x)=2cosx-xsimc,在(0,π)内ψ’(x)有零点,故需变形后,才有ψ’(x)≠0,x∈(0,π).

解析:

[分析]: 关于“存在性”的证明,可构造一辅助函数,利用罗尔定理证之;关于“唯一性”的证明,要先将ψ(x)=sinx+xcosx变形为[*],其中xsinx在(0,π)内连续且不为零,记ψ(x)=[*]+cosx,从而在(0,π)内,ψ(x)=0的根与ψ(x)=0的根是一致的,因此只需证明ψ(x)是单调的即可.

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