问题 问答题

假设函数f(x)在[0,1]上连续,在(0,1)内二阶可导,过点A(0,f(0))与B(1,f(1))的直线与曲线y=f(x)相交于点C(c,f(c)),其中0<c<1.
证明:在(0,1)内至少存在一点ξ,使f"(ξ)=0.

答案

参考答案:[详解1] 因为f(x)在[0,c]上满足拉格朗日中值定理的条件,故存在ξ1∈(0,c),使
[*]
由于点C在弦AB上,故有
[*]
从而f’(ξ1)=f(1)-f(0).
同理可证,存在ξ2∈(c,1),使
f’(ξ2)=f(1)-f(0).
由f’(ξ1)=f’(ξ2),知在[ξ1,ξ2]上,f’(x)满足罗尔定理的条件,
所以存在[*],使
f’(ξ)=0.
[详解2] 点A与点B连线的方程为
y=[f(1)-f(0)]x+f(0),
令F(x)=f(x)-[f(1)-f(0)]x-f(0),
则F(x)在[0,c]与[c,1]上满足罗尔定理的条件(理由同详解1).于是,
至少存在两点ξ1∈[0,c]和ξ2∈[c,1],使
F’(ξ1)=0,F’(ξ2)=0,
于是F’(x)在[ξ1,ξ2]上满足罗尔定理的条件,故至少存在一点[*],使
F"(ξ)=f"(ξ)=0.

解析:[考点提示] 要证在(0,1)内至少存在一点ξ,使f"(ξ)=0.目标应是证明函数f’(x)在(0,1)或(0,1)内的某一开区间上满足罗尔定理的条件,然后利用罗尔定理即可.达到这一目标的途径至少有两种:一是对f(x)在[0,c]和[c,1]上分别应用拉格朗日中值定理,在(0,c)和(c,1)上分别找到点ξ1,ξ2使f’(ξ1)=f’(ξ2),再在闭区间[ξ1,ξ2]上运用罗尔定理.二是构造辅助函数F(x)=f(x)-[f(1)-f(0)]x-f(0),它是函数f(x)减去过点A和B的一次函数,对F(x)两次运用罗尔定理.
[评注] 详解2中的辅助函数表示曲线y=f(x)上的点与线段AB上相应点的纵坐标之差,显然这个差在点A,B,C均为0,即F(0)=F(c)=F(1),从而可分别在[0,c]与[c,1]上应用罗尔定理.

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