问题
问答题
设f(x)在(-∞,+∞)上存在二阶导数,f(0)<0,f’(0)=a,f"(x)>0.
证明:
1.无论a>0,a<0,还是a=0,f(x)至多有两个零点,至少有一个零点;
答案
参考答案:若f(x)有三个或三个以上零点,则由罗尔定理知,f’(x)至少有两个零点.对f’(x)再用罗尔定理知,f"(x)至少有一个零点.与题设f"(x)无零点矛盾.以下证f(x)至少有一个零点.
设f’(0)=a>0,由泰勒公式:
,当x≠0,取
,有f(x)>0.由介值定理知,在区间(0,+∞)上f(x)至少有一个零点.又因当x>0时f’(x)>f’(0)>0,故在区间(0,+∞)上至多有一个零点,故正好有一个零点.
设f’(0)=a<0,类似可证在区间(-∞,0)上正好有一个零点.
设f’(0)=a=0,由连续函数保号性及f’(x)严格单增知,存在δ>0,当x∈[0,δ]时f(x)<0且f’(δ)>0.
在点x=δ处用泰勒公式,有
>f(δ)+f’(δ)(x-δ), 当x>δ.
取
,有f(x)>0.由介值定理知,在区间(δ,+∞)上f(x)至少有一个零点.又因当x>0时,f’(x)>f’(0)=0.故在区间(0,+∞)上至多有一个零点.故正好有一个零点.同理可证,此时在区间(-∞,0)上也正好有一个零点.
故总之,不论f’(0)=a>0,<0,=0,f(x)在(-∞,+∞)上至少有一个零点.
证毕.