设f(x)在[0,1]连续,在(0,1)二阶可导且f(0)=f(1)=0,f″(x)<0(x∈(0,1)),证明:
(Ⅰ)f(x)>0(x∈(0,1)). (Ⅱ)设
,则存在唯一的ξ∈(0,1),使得f′(ξ)=M.
参考答案:(Ⅰ)由假设条件及罗尔定理知,
a∈(0,1),f′(a)=0. 由f′(x)在(0,1)↘
(Ⅱ)
方法1°要证:f′(x)-M在(0,1)
零点
在(0,1)
零点. 作辅助函数F(x)= f(x)-Mx
F(x)在[0,1]连续,在(0,1)可导,F(0)=f(0)=0. 再找F(x)在(0,1)的一个零点. 由
F(a)=f(a)-Ma=M(1-a)>0,
F(1)=f(1)-M=-M<0
,使得F(η)=0.
在
上对F(x)用罗尔定理
,使得F′(ξ)=0,即f(ξ)=M.
方法2°作辅助函数F(x)=f(x)-Mx,由F(x)在[0,1]连续,在(0,1)可导,且
F(0)=0,F(a)=M(1-a)>0,F(1)=-M<0
F(x)在[0,1]的最大值不能在x=0或x=1取到
,使得
由费马定理
F′(ξ)=0,即f′(ξ)=M.
方法3°先证M是f′(x)的某一中间值. 由a∈(0,1),
0,又由拉格朗日中值定理,
,使得
即
亦即f′(a)<M<f′(η).
由连续函数中间值定理
,使得f′(ξ)=M.
最后证唯一性. 由f″(x)<0(x∈(0,1))
f′(x)在
唯一的ξ∈(0,1),f′(ξ)=M.