中值定理证明题

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中值定理证明题

1. 设)(x f 在[0,2a]上连续,)2()0(a f f =,证明在[0,a]上存在ξ使得 )()(ξξf a f =+.

【分析】)(x f 在[0,2a]上连续,条件中没有涉及导数或微分,用介值定理或根的存在性定理证明。辅助函数可如下得到

0)()(0)()()()(=-+→=-+→=+x f x a f f a f f a f ξξξξ

【证明】令)()()(x f x a f x G -+=,],0[a x ∈.)(x G 在[0,a]上连续,且 )()0()()2()(a f f a f a f a G -=-=

)0()()0(f a f G -=

当)0()(f a f =时,取0=ξ,即有)()(ξξf a f =+;

当)0()(f a f =时,0)()0(

0)(=ξG ,即)()(ξξf a f =+.

2. 试问如下推论过程是否正确。对函数2

1sin

0()0

0t t f t t

t ⎧≠⎪=⎨⎪=⎩在[0,]x 上应用拉格朗日中值定理得:

21

sin 0

()(0)111sin ()2sin cos 00x f x f x x f x x x ξξξξ

--'====--- (0)x ξ<< 即:1

1

1

cos

2sin

sin

x x

ξξ

ξ

=- (0)x ξ<< 因0x ξ<<,故当0x →时,0ξ→,由0

1

lim 2sin

0ξξξ

+→= 0

1

lim sin 0x x x

+

→= 得:0

lim x +

→1

cos 0ξ

=,即0

1

lim cos

0ξξ

+→=

解:我们已经知道,0

1

lim cos

0ξξ

+→=不存在,故以上推理过程错误。

首先应注意:上面应用拉格朗日中值的ξ是个中值点,是由f 和区间[0,]x 的

端点而定的,具体地说,ξ与x 有关系,是依赖于x 的,当0x →时,ξ不 一定连续地趋于零,它可以跳跃地取某些值趋于零,从而使0

1

lim cos

0x ξ

+→=成

立,而0

1

lim cos

0ξξ

+→=中要求ξ是连续地趋于零。故由0

1

lim cos 0x ξ

+

→=推不出

1

lim cos

0ξξ

+→=

3.设)(x f 在][a,b 上可微,且()0()0()()f a ,f b ,f a f b A,+-''>>==试证明)(/x f 在

)(a,b 内至少有两个零点。

知识点:极限的保号性、介值定理、微分中值定理。

思路:要证明在某个区间)(a,b 内导函数至少存在两个零点,只要证该函数在][a,b 上有三个零点,即可以利用罗尔中值定理,得出结论。

证明:∵()()

()lim 0x a f x f a f a x a

++→-'=>-,由极限的保号性知,

)(1a,δ+∃ (不妨设21b-a δ<),对于)(1a,δx +∈∀ ,均有0)

()(>--a x a f x f ,

特别地,)(11a,δx +∈∃ ,使得

0)

()(11>--a

x a f x f ,∴得A a f x f =>)()(1;

同理,由()0f b ,-'>得)(22b,δx -∈∃ (22b-a

δ<),使得0)()(22>--b

x b f x f , 从而得A b f x f =<)()(2;

又∵)(x f 在][21,x x 上连续,∴由介值定理知,至少有一点)(21,x x ξ∈使得

A ξf =)(;

∵)(x f 在][a,ξ、][ξ,b 上连续,在)(a,ξ、)(ξ,b 内可导,且A b f ξf a f ===)()()(, ∴由罗尔中值定理知,至少有一点)(1a,ξξ∈、)(2ξ,b ξ∈,使得12()()0f ξf ξ''==,结论成立。

4.设函数)(x f y =在0=x 的某个邻域内具有n 阶导数,且

(1)(0)(0)(0)0n f f f ,-'==

==试用柯西中值定理证明:

)10()

()()(<<=θn!θx f x x f n n

知识点:柯西中值定理。

思路:对)(x f 、n x x g =)(在]0[,x 上连续使用n 次柯西中值定理便可得结论。 证明:∵)(x f 、n x x g =)(及其各阶导数在]0[,x 上连续,在)0(,x 上可导, 且在)0(,x 每一点处,(1)()!0n g x n x -=≠,又(1)(0)(0)(0)0n f f f ,-'====,

∴连续使用n 次柯西中值定理得,

(1)(1)11111(1)111()(0)

()()(0)

()()(0)(0)(0)

(0)

n n n n n n n n n f ξf f f ξf f x f x f x x g n n ξg n!ξg ξξ-------'''---=====

'--- )10()()(<<=θn!

θx f n ,从而结论成立。

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