问答题 设f(x)在闭区间[0,c]上连续,其导数f"(x)在开区间(0,c)内存在且单调减少,f(0)=0.试应用拉格朗日中值定理证明:
f(a+b)≤f(a)+f(b),
其中常数a,b满足条件0≤a≤b≤a+b≤c.
【正确答案】
【答案解析】【证】方法一 用拉格朗日中值定理.
当a=0时,等号成立;当a>0时,由于f(x)在区间[0,a]及[b,a+b]上满足拉格朗日中值定理,所以,存在ξ 1 ∈(0,a),ξ 2 ∈(b,a+b),ξ 1 <ξ 1 ,使得
[f(a+b)-f(b)]-[f(a)-f(0)]=af"(ξ 2 )-af"(ξ 1 ).
因为f"(x)在(0,c)内单调减少,所以f"(ξ 2 )≤f"(ξ 1 ),于是,
[f(a+b)-f(b)]-[f(a)-f(0)]≤0,即f(a+b)≤f(a)+f(b).
方法二 用函数的单调性.
将[f(a+b)-f(b)]-[f(a)-f(0)]中的b改写为x,构造辅助函数
F(x)=f(a+x)-f(x)-f(a),x∈[0,b],显然F(0)=0,又因为f"(x)在(0,c)内单调减少,所以
F"(x)=f"(a+x)-f"(x)≤0.于是有F(b)≤F(0)=0,即f(a+b)-f(b)-f(a)≤0,即f(a+b)≤f(a)+f(b).