设f(x)为[-a,a]上的连续的偶函数且f(x)>0,令F(x)=∫a−a|x-t|f(t)dt.

设f(x)为[-a,a]上的连续的偶函数且f(x)>0,令F(x)=
a
−a
|x-t|f(t)dt.
(Ⅰ)证明:F′(x)单调增加.
(Ⅱ)当x取何值时,F(x)取最小值?
(Ⅲ)当F(x)的最小值为f(a)-a2-1时,求函数f(x).
宵祥 1年前 已收到1个回答 举报

winifish 幼苗

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解题思路:(Ⅰ)将F(x)化简,然后求二阶导,根据二阶导的符号,来判断F′(x)单调增加;
(Ⅱ)根据(Ⅰ)求出的F(x)的二阶导,判断函数的凹凸性,然后再推导出F(x)的极值点和最值点;
(Ⅲ)由(Ⅱ)求出的F(x)的最小值,跟f(a)-a2-1建立等式关系,求f(x).

(Ⅰ)∵F(x)=
∫x−a(x−t)f(t)dt+
∫ax(t−x)f(t)dt
=x
∫x−af(t)dt−
∫x−atf(t)dt+
∫axtf(t)dt-x
∫axf(t)dt
∴F′(x)=
∫x−af(t)dt+xf(x)−xf(x)−xf(x)−
∫axf(t)dt+xf(x)
=
∫x−af(t)dt−
∫axf(t)dt
∴F″(x)=f(x)+f(x)=2f(x)>0,
∴F'(x)为单调增加的函数.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知F″(x)>0,因而F(x)是一个凹函数
由凹函数的性质,知F(x)的最小值点会在F′(x)=0点取到
又f(x)为偶函数
∴F′(0)=
∫0−af(x)dx−
∫a0f(x)dx=−
∫0af(−t)dt−
∫a0f(x)dx=
∫a0f(x)dx−
∫a0f(x)dx=0
∴x=0为F'(x)的唯一极小点,也为最小点.
(Ⅲ)由(Ⅱ)知,F(x)最小值为F(0)=
∫a−a|t|f(t)dt=2
∫a0tf(t)dt
∴2
∫a0tf(t)dt=f(a)−a2−1
两边求导得
2af(a)=f'(a)-2a,
于是f'(x)-2xf(x)=2x,
这是一阶非齐次线性微分方程,且P(x)=-2x,Q(x)=2x
∴f(x)=e∫2xdx(∫2xe−∫2xdx+C)=Cex2−1
又由2
∫a0tf(t)dt=f(a)−a2−1,令a=0,得
f(0)=1
因此C=2
∴f(x)=2ex2−1.

点评:
本题考点: 积分上限函数及其求导;极值判定定理;一阶线性微分方程的求解.

考点点评: 此题考查了积分上限函数的导数、凹凸函数的性质以及一阶非齐次线性微分方程的求解,知识点较多,综合性比较强,但难度并不大.

1年前

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