问题 问答题

设f(x)在区间[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且f(0)=f(1)=0,,试证:

对任意实数λ,必存在ξ∈(0,η),使得f’(ξ)-λ[f(ξ)-ξ]=1。

答案

参考答案:

引入辅助函数,由原函数法将所需证明的等式中的ξ改写为x,

有f’(x)-λ[f(x)-x]=1,且f’(x)-λf(x)=1-λx.

由一阶线性非齐次微分方程的通解公式得:

f(x)=e∫λx{C+∫e-∫λdx·(1-λx)dx}=eλx{C+∫e-λx(1-λx)dx}

=eλx{C+∫e-λxdx-∫xe-λxdx}=eλx{C+xe-λx}==Ceλx+x,

所以[f(x)-x]e-λx=C,至此可令辅助函数为g(x)=[f(x)-x]e-λx=-φ(x)e-λx

由已知条件及(Ⅰ)中结论,知g(x)也是连续函数,

且g(0)=[f(0)-0]e0=0,g(η)=-φ(η)e-λη=0.

由罗尔定理知存在一点ξ∈(0,η),使得g’(ξ)=0,

又g’(x)=-λe-λx[f(x)-x]+e-λx[f’(x)-1],

所以-λ[f(ξ)-ξ]+f’(ξ)-1=0

此即f’(ξ)-λ[f(ξ)-ξ]=1.证毕.

解析:

[考点] 介值定理、罗尔定理

单项选择题
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