高数证明题设函数f(x)在[0,∞)上有二阶连续导数,且对任意x≥0有f''(x)≥k,其中k大于0,为一个常数,f(0

高数证明题
设函数f(x)在[0,∞)上有二阶连续导数,且对任意x≥0有f''(x)≥k,其中k大于0,为一个常数,f(0)< 0.
证明f(x)在(0,∞)有且仅有一个零点
Q晶莹 1年前 已收到2个回答 举报

逍遥游123 幼苗

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证明:构造函数g(x)=(1/2)kx²+f'(0)x+f(0),容易验证g(0)=f(0).
∵g'(x)=kx+f'(0)
∴g'(0)=f'(0),g''(x)=k
[f'(x)-g'(x)]'=f''(x)-g''(x)=f''(x)-k≥0
∴f'(x)-g'(x)在[0,∞)单调递增,
又∵f'(0)-g'(0)=0
∴f'(x)-g'(x)≥0
∵[f(x)-g(x)]’=f'(x)-g'(x)≥0
∴f(x)-g(x)在[0,∞)单调递增
又∵f(0)-g(0)=0
∴f(x)-g(x)≥0,即f(x)≥g(x)=(1/2)kx²+f'(0)x+f(0),
∵k>0
∴ 当x→+∞时,lim g(x)=+∞
f(x)在[0,∞)上有二阶连续导数,
故f(x)在[0,∞)上连续
而f(0)<0,f(+∞)>0
由连续函数的介值定理可知f(x)在(0,∞)必定有零点
下面证明零点的唯一性.
∵f''(x)=k>0对x≥0成立
∴f'(x)是[0,∞)上严格单调递增的连续函数
∴f'(x)在[0,∞)上最多只有一个零点.
若f'(x)没有零点,由于f(0)<0,f(+∞)>0
故f(x)是[0,∞)上严格单调递增的连续函数,零点当然唯一;
若f'(x)有一个零点,同理由于f(0)<0,f(+∞)>0;
故此时f(x)在[0,∞)上最多只有两个单调区间(0,a)和(a,+∞),且f(x)在(0,a)单调递减,在(a,+∞)单调递增,这样f(x)必定在(a,+∞)上有唯一的零点.

1年前

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lukelee 幼苗

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假设f有两个0点,由f(0)<0可知存在两点使得在这两点f'异号,因此f''存在0点,与已知矛盾

1年前

1
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