问题 问答题

设f(x)在(-∞,+∞)上有界,且存在二阶导数.试证明:至少存在一点ξ∈(-∞,+∞)使f"(ξ)=0.

答案

参考答案:用反证法,设对一切x∈(-∞,+∞),f"(x)≠0,则要么对一切x∈(-∞,+∞),f"(x)>0,或者对一切x∈(-∞,+∞),f"(x)<0.不妨设对一切x∈(-∞,+∞),f"(x)>0.有以下两种方法:
方法一 取x1使f’(x1)≠0.这种x1总存在的,因若不存在,则f’(x)≡0,从而与反.证法的前提矛盾,取好x1之后,将f(x)在x=x1处按泰勒公式展开至n=1,有[*].若f’(x1)>0,命上式中的x→+∞,若f’(x1)<0,命上式中的x→-∞,总有[*]+∞,与f(x)在(-∞,+∞)上有界矛盾.此矛盾证明了反证法的前提有错,故知存在ξ∈(-∞,+∞)使f"(ξ)=0.
方法二 由对一切x∈(-∞,+∞),f"(x)>0,故知对一切x,f’(x)严格单调增加.取x1使f’(x1)>0(若不然,取x1使f’(x1)<0),由拉格朗日中值定理,当x>x1时有
f(x)=f(x1)+f’(η)(c-x1)>f(x1)+f’(x1)(x-x1),
命x→+∞得f(x)→+∞,与f(x)有界矛盾.若f’(x1)<0,则当x<x1时有
f(x)=f(x1)+f’(η)(x-x1)>f(x1)+f’(x1)(x-x1),
命x→-∞得f(x)→+∞,与f(x)有界矛盾.此矛盾证明了反证法的前提有错,故知存在ξ∈(-∞,+∞),使f"(ξ)=0.

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