问答题 设奇函数f(x)在[-1,1]上具有2阶导数,且f(1)=1.证明:
问答题 存在ξ∈(0,1),使得f"(ξ)=1;
【正确答案】
【答案解析】证法1 因为f(x)是奇函数,所以f(0)=0.又因为函数f(x)在区间[0,1]上可导,且f(1)=1,所以由拉格朗日中值定理,存在ξ∈(0,1),使得
f"(ξ)=f(1)-f(0)=1.
证法2 令F(x)=f(x)-x,则F(0)=f(0)=0,F(1)=f(1)-1=0,由罗尔定理得,存在ξ∈(0,1),
使得F"(ξ)=0,即f"(ξ)=1.
问答题 存在η∈(-1,1),使得f"(η)+f"(η)=1.
【正确答案】
【答案解析】证法1 因为f(x)是区间[-1,1]上的奇函数且有2阶导数,所以f"(x)是偶函数,故
f"(-ξ)=f"(ξ)=1.
令F(x)=[f"(x)-1]e x ,则函数F(x)可导,且F(-ξ)=F(ξ)=0.
根据罗尔中值定理,存在η∈(-ξ,ξ) (-1,1),使得F"(η)=0.因为
F"(η)=[f"(η)+f"(η)-1]e η 且e η ≠0,
所以f"(η)+f"(η)=1.
证法2 因为f(x)是区间[-1,1]上的奇函数且有2阶导数,所以f(x)是偶函数.
令F(x)=f"(x)+f(x)-x,则函数F(x)在区间[-1,1]上可导,且
F(1)=f"(1)+f(1)-1=f"(1),
F(-1)=f"(-1)+f(-1)+1=f"(1)-f(1)+1=f"(1),
根据罗尔中值定理.存在η∈(-1,1),使得F"(η)=0.
由F"(x)=f"(x)+f"(x)-1,知
f"(η)+f"(η)-1=0,即f"(η)+f"(η)=1.
证法3 因为f(x)是区间[-1,1]上的奇函数且有2阶导数,所以f"(x)是偶函数,f"(x)是奇函数.
由第一小题知,存在ξ∈(0,1),使得f"(ξ)=1.
令F(x)=f"(x)+f"(x)-1,则
F(ξ)=f"(ξ)+f"(ξ)-1=f"(ξ),
F(-ξ)=f"(-ξ)+f"(-ξ)-1=-f"(ξ)+f"(ξ)-1=-f"(ξ).
当f"(ξ)=0时,f"(ξ)+f"(ξ)-1=0,即f"(ξ)+f"(ξ)=1.结论得证.
当f"(ξ)≠0时,F(ξ)F(-ξ)=-[f"(ξ)] 2 <0.由于F(x)=[f"(x)+f(x)-x]",根据导函数的介值性质,存在η∈(-ξ,ξ)