解答题 7.[2002年] 设函数f(x)在x=0的某个邻域内具有二阶连续导数,且f(0)≠0,f'(0)≠0,f"(0)≠0.证明:存在唯一的一组实数λ1,λ2,λ3,使得当h→0时,λ1f(h)+λ2f(2h)+λ3f(3h)一f(0)是比h2高阶的无穷小.
【正确答案】 为证三个实数唯一存在,设法找出三个方程,再用克拉默法则证其解唯一.
注意到f(0)≠0,f'(0)≠0,f"(0)≠O,也可用麦克劳林展开式证明.
证 因为当h→0时,λ1f(h)+λ2f(2h)+λ3f(3h)一f(0)是比h2高阶的无穷小,故其本身必是无穷小,即1f(h)+λ2f(2h)+λ3f(3h)一f(0)]=0.
因f(x)在x=0处连续,得到
0=1f(h)+λ2f(2h)+λ3f(3h)一f(0)]一(λ123一1)f(0),
而f(0)≠0,所以得 λ123一1=0.
1f"(h)+4λ2f"(2h)+9λ3f"(3h)]
=( λ1+4λ2+9λ3)f"(0).
因为f"(0)≠0,故得 λ1+4λ2+9λ3=0, ②
其中还包含0=1f'(h)+2λ2f'(2h)+3λ3f'(3h)]=(1λ1+2λ2+3λ3)f'(0).
因为f'(0)≠0,有 λ1+2λ2+3λ3=0 ③
因此由式①、式②、式③得λ1,λ2,λ3所满足的线性方程组:
因其系数行列式(范德蒙行列式)
【答案解析】