问题 问答题

设f(x)在[a,b]上有二阶导数,又f(a)=f(b)=0,且f’(a)f’(b)>0.证明:至少存在一点ξ∈(a,b),使得f(ξ)=0,又至少存在一点η∈(a,b),使得f"(η)=0。

答案

参考答案:

由导数定义及其极限的保号性可找到两点x1,x2,使f(x1)f(x2)<0.由零点定理知,存在ξ,使f(ξ)=0.现有三点函数取值为0,两次利用罗尔定理,例得证.

证 由f’(a)f’(b)>0,不妨设f’(a)>0,且f’(b)>0.由导数定义知

因此存在δ1>0,使得当z∈(a,a+δ1)时,有

因为x>a,故有

f(x)>f(a),即f(x)>0,x∈(a,a+δ1).

又由于

故存在δ2>0,使得当x∈(b-δ2,b)时,有

因为x<b,所以

f(x)<f(b), 即 f(x)<0,x∈(b-δ2,b).

取δ1,δ2充分小,使a+δ1<b-δ2.再取两点

x1∈(a,a+δ1), x2∈(b-δ2,b),

考虑区间[x1,x2].显然f(x)在[x1,x2]上连续,且

f(x1)>0, f(x2)<0.

因此由连续函数介值定理知,至少存在一点ξ∈(x1,x2),从而ξ∈(a,b),使得f(ξ)=0.

再由f(a)=f(ξ)=f(b)及罗尔定理知,至少存在η1∈(a,ξ)和η2∈(ξ,b),使得

f’(η1)=f’(η2)=0.

又在区间[η1,η2]上应用罗尔定理,便知至少存在η∈(η1,η2)(a,b),使得f"(η)=0。

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