问题 问答题

设f(x)在[a,b]上可导,在(a,b)内二阶可导,
f(a)=f(b)=0,f’(a)f’(b)>0.
试证:
(Ⅰ)存在ξ∈(a,b),使f(ξ)=0;
(Ⅱ)存在η∈(a,b),使f"(η)=f(η)。

答案

参考答案:

利用极限的保号性及介值定理易证(Ⅰ).对(Ⅱ)可先作辅助函数

ψ(x)=exf(x).

令其导数等于0,可产生

ex[f’(x)+f(x)]=0, 即 f’(x)+f(x)=0.

再作辅助函数F(x)=e-x[f(x)+f’(x)]证之.

证 (Ⅰ)由f’(a)f’(b)>0知,f’(a)与f’(b)同号,不妨设

f’(a)>0,f’(b)>0,

又由极限的保号性知,存在x1∈(a,a+δ1),使得f(x1)>0;同理存在x2∈(b-δ2,b),使得f(x2)<0.

由连续函数的介值定理(零点定理)知,存在ξ∈(x1,x2)(a,b),使得f(ξ)=0.

(Ⅱ)令ψ(x)=exf(x),则

ψ(a)=ψ(ξ)=ψ(b).

由罗尔定理知,存在ξ1∈(a,ξ),使

ψ’(ξ1)=[exf(x)]’|x=ξ1=0, 即 f(ξ1)+f’(ξ1)=0.

同理,存在ξ2∈(ξ,b),使

ψ’(ξ2)=eξ2[f(ξ2)+f(ξ2)]=0,

f(ξ2)+f’(ξ2)=0.

再令

F(x)=e-x(f(x)+f’(x)),

F(ξ1)=F(ξ2)=0.

对F(x)在[ξ1,ξ2]上应用罗尔定理知,存在

使得

F’(η)|x=η={-e-x[f(x)+f’(x)]+e-x[f’(x)+f"(x)]}x=η=e-x[f(x)-f(x)]|x=η=0,

F’(η)=e[f"(η)-f(η)]=0, 亦即 f"(η)=f(η).

单项选择题
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