解答题 17.对于一切实数t,函数f(t)为连续的正函数且可导,又f(-t)=f(t),设g(χ)=∫-aa|χ-t|f(t)dt,a>0,χ∈[-a,a].
(Ⅰ)证明g′(χ)单调增加;
(Ⅱ)求出使g(χ)取得最小值的χ;
(Ⅲ)将g(χ)的最小值当作a的函数,使其等于f(a)-a2-1,求f(χ).
【正确答案】(Ⅰ)因为g(χ)=∫-aa|χ-t|f(t)dt=∫-aχ(χ-t)f(t)dt+∫χa(t-χ)f(t)dt
=χ∫-aχf(t)dt-∫-aχtf(t)dt+∫χatf(t)dt-χ∫χaf(χ)dt,
且f(t)连续,故上式右边可导,于是
g′(χ)=∫-aχf(t)dt+χf(χ)-χf(χ)-χf(χ)-∫χaf(t)dt+χf(χ)=∫-aχf(t)dt+∫aχf(t)dt,
g〞(χ)=2f(χ),
因为f(χ)>0,知g〞(χ)>0,由此可得出g′(χ)为单调增函数.
(Ⅱ)令g′(χ)=0,即∫-aχf(t)dt+∫aχf(t)dt=0.
令t=-μ,dt=-dμ,并注意到f(-t)=f(t),则
-aχf(t)dt=-∫a-χf(-μ)dμ=∫-χaf(μ)dμ=∫-χaf(t)dt,
因此∫-aχf(t)dt+∫aχf(t)dt=∫-χaf(t)dt+∫aχf(t)dt=∫-χχf(t)dt=0,即2∫0χf(t)dt=0.
又因为f(t)>0,故χ=0.由(Ⅰ)可知g〞(0)=2f(0)>0,则g(χ)在χ=0点取得最小值,最小值为
g(0)=∫-aa|t|f(t)dt=2∫0atf(t)dt.
(Ⅲ)由2∫0af(t)dt=f(a)-a2-1,将上式两边对a求导,则有2af(a)=f′(a)-2a,
=2a,则有=2χ,两边积分得ln[f(χ)+1]=χ2+c;
由2∫0atf(t)dt=f(a)-a2-1,知f(0)=1,则c=ln2,
于是得f(χ)+1=2,即f(χ)=2
【答案解析】