假设函数f(x)和g(x)在[a,b]上存在二阶导数,并且g″(x)≠0,f(a)=f(b)=g(a)=g(b)=0,试

假设函数f(x)和g(x)在[a,b]上存在二阶导数,并且g″(x)≠0,f(a)=f(b)=g(a)=g(b)=0,试证:
(1)在开区间(a,b)内g(x)≠0;
(2)在开区间(a,b)内至少存在一点ξ,使
f(ξ)
g(ξ)
f″(ξ)
g″(ξ)
kyoki_77 1年前 已收到1个回答 举报

qq163163163 花朵

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解题思路:(1)用反证法证明,对g(x)的两个区间分别使用罗尔定理,则在这两个区间内分别存在一点,使得一阶导数为零;再对g'(x)在一阶导数为零的两个点为端点的区间,使用罗尔定理,则存在二阶导为零的点,这与已知的g″(x)≠0矛盾.
(2)由
f(ξ)
g(ξ)
f″(ξ)
g″(ξ)
得到f″(ξ)g(ξ)-g″(ξ)f(ξ)=0,也就是要证明f″(x)g(x)-g″(x)f(x)=0在(a,b)有零点,而f″(x)g(x)-g″(x)f(x)=0的一个原函数是f(x)g'(x)-g(x)f'(x),因此构造一个函数F(x)=f(x)g'(x)-g(x)f'(x)在(a,b)使用罗尔定理.

证明:
(1)
假设∃c∈(a,b),使得:g(c)=0,
则:g(a)=g(b)=g(c)=0,
对g(x)分别在[a,c]和[c,b]上使用罗尔定理,
则:∃ξ1∈(a,c),ξ2∈(c,b),使得:
g′(ξ1)=g′(ξ2)=0,
由于g(x)具有二阶导数,
因此:g′(x)在[ξ1,ξ2]同样满足罗尔定理,
∴∃ξ3∈(ξ1,ξ2),
使得:g″(ξ3)=0,这与g″(x)≠0矛盾,
∴在开区间(a,b)内g(x)≠0.
(2)
设:F(x)=f(x)g′(x)-g(x)f′(x),
则:F(x)在[a,b]连续,在(a,b)可导,且F(a)=F(b)=0,
因此由罗尔定理知,∃ξ∈(a,b),
使得:F′(ξ)=0,
即:f(ξ)g″(ξ)-g(ξ)f″(ξ)=0,
即:
f(ξ)
g(ξ)=
f″(ξ)
g″(ξ),证毕.

点评:
本题考点: 用罗尔定理判断导函数根的存在问题;高阶导数的求法.

考点点评: 此题是考查罗尔定理的使用,关键要从题目的条件和要证明的结论入手,寻找两者的关联点,有时候需要在两个不同的区间使用罗尔定理,并且使用两次罗尔定理.

1年前

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