问题 问答题

证明方程xe2x-2x-cosx+x2/2=0有且仅有两个根.

答案

参考答案:[证明] 令f(x)=xe2x-2x-cosx+x2/2,则f(x)为连续函数,且
f(-1)=-e-2+2-cos1+1/2
=1-e-2+1-cos1+1/2>0,
f(0)=-1<0,
f(1)=e2-2-cos1+1/2>0.
根据零点定理知,f(x)=0在(-1,1)内有两个实根.
下证f(x)=0在(-1,1)内不可能有三个根.事实上,如果f(x)在(-1,1)内有三个实根,不妨设为x1,x2,x3,则
f(x1)=f(x2)=f(x3).
由于f(x)二阶可导,故存在ξ∈(x1,x2)使f"(ξ)=0,但这是不可能的.这是因为
f’(x)=e2x(1+2x)-2+sinx+x,
f"(x)=4e2x(1+x)+cosx+1>0,x∈(-1,1).
此外当x<-1时,f’(x)<0,当x>1时,f’(x)>0,而f(-1)<0,f(1)>0,故函数f(x)在区间(-∞,-1)内单调减少且f(x)<0;在(1,+∞)内f(x)单调增加,且f(x)>0,故在(-∞,-1)内及在(1,+∞)内f(x)不可能有根,因而f(x)=0仅有两根.

解析: 为证题设方程有两个根,需在两个区间利用零点定理,为此要找出三点,函数f(x)=xe2x-2x-cosx+=x2x/2在此三点相继反号.为证f(x)=0仅有两根,还要利用f(x)的单调性.

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