解答题 设f(x)在区间[-a,a](a>0)上具有二阶连续导数,f(0)=0。
问答题 4.写出f(x)的带拉格朗日余项的一阶麦克劳林公式;
【正确答案】麦克劳林公式其实就是泰勒公式中,把函数在点x=0处展开。
f(x)的拉格朗日余项一阶麦克劳林公式为:
f(x)=f(0)+f'(0)x+f"(ξ)x2=f'(0)x+
【答案解析】
问答题 5.证明在[-a,a]上至少存在一点η,使a3f"(η)=3∫-aaf(x)dx。
【正确答案】方法一:将f(x)从-a到a积分
-aaf(x)dx=∫-aaf'(0)xdx+1/2∫-aaf"(ξ)x2dx。
而∫-aaf'(0)xdx=f'(0)∫-aaxdx=f'(0)×|-aa=0,
从而有∫-aaf(x)dx=1/2∫-aaf"(ξ)x2dx。
因f"(x)在[-a,a]上连续,故有f"(x)在[-a,a-]上存在最大值M,最小值m(由闭区间上的连续函数必有最大值和最小值),即

易得m≤f"(x)≤M,x∈[-a,a]。
因此∫-aaf(x)dx=1/2∫-aaf"(ξ)x2dx≤1/2M∫-aax2dx=1/2Mx3/3|-aa=Ma3/3,
同理∫-aaf(x)dx=1/2∫-aaf"(ξ)x2dx≥1/2m∫-aax2dx=1/3ma3
因此m≤3/a3-aaf(x)dx≤M。
由连续函数介值定理知,存在η∈[-a,a],使
f"(η)=3/a3-aaf(x)dx,
即a3f"(η)=3∫-aaf(x)dx。
方法二:观察要证的式子,构造变限函数:F(x)=∫-xxf(t)dt,易得F(0)=0,
F'(x)=f(x)+f(-x)(变限积分求导),
F"(x)=[f(x)+f(-x)]'=f'(x)-f'(-x),
F"'(x)=[f'(x)-f'(-x)]'=f"(x)+f"(-x),
则有F'(0)-f(0)+f(-0)-0+0=0,
F"(0)-f'(0)-f'(-0)=f'(0)-f'(0)=0。
将它展开成二阶带拉格朗日余项麦克劳林公式:
F(x)=F(0)+F'(0)x+F"(0)x2+F"'(ξ)x3
=0+0+F"'(ξ)x3=1/6[f"(ξ)+f"(-ξ)]x3
其中ξ∈(0,x),x∈[-a,a]。
由于f"(x)在[-a,a]上连续,则由连续函数介值定理,存在η∈[-ξ,ξ],使
f"(η)=1/2[f"(ξ)+f"(-ξ)],
于是存在η∈(-a,a),使
F(x)=0+0+F"'(ξ)x3=
【答案解析】