第四讲 中值定理的证明课后练习题.pdf

这些题目涉及的是微积分中的重要概念，特别是中值定理及其应用。中值定理是微积分的基础，它包括了微分学中的几个关键定理，如费马定理、拉格朗日中值定理和罗尔定理。下面我会逐个解析这些练习题所涵盖的知识点。 1. 题目要求证明存在一个点ξ使得f'(ξ) = 0。这是拉格朗日中值定理的应用。如果一个函数在闭区间[1, 3]上连续，在开区间(1, 3)内可导，并且满足f(1) ≠ f(3)，那么根据拉格朗日中值定理，存在至少一个ξ ∈ (1, 3)使得f'(ξ) = (f(3) - f(1)) / (3 - 1)。这里给出的f(x) = 4x^2 + 2x + 3，可以直接计算f(1)和f(3)，然后验证是否存在这样的ξ。 2. 这道题目的关键是使用高阶导数的性质。如果一个函数三阶可导，并且f(x), f'(x), f''(x)在x=1和x=2的极限都为零，根据罗尔定理，分别在f(x), f'(x), f''(x)上应用，可以找到三个不同的ξi ∈ (1, 2)，使得f'''(ξi) = 0。这里要求证明存在一个ξ使得f'''(ξ) = 0，结合题目条件可以实现。 3. 这个问题是基于介值定理。由于f(x)在[ab]上连续，在(a, b)内可导，且满足bf(x)af(x) > 0以及bf(x) + 2af(x) < 0，这意味着f(x)在[a, b]上不可能始终为正或始终为负。根据介值定理（也称为中间值定理），f(x)在(a, b)内必定至少取一次零值，即存在ξ使得f'(ξ) = 0。 4. 对于第四题，我们使用二阶中值定理，即柯西中值定理。因为f(x)在[ba,]有二阶导数，且满足f(b) = af(a)，我们可以应用这个定理来找到至少一个点ξ，使得f''(ξ) = (f(b) - af(a)) / (b - a)^2。 5. 这个证明涉及到傅里叶分析的概念。函数f(x)在[0, 2π]上的连续性和在(0, 2π)内的可导性意味着它可以表示为傅里叶级数。傅里叶级数的导数在原点处具有特定的性质，可以应用这个性质来证明存在一个点η使得f''(η) = 2sin(2πη)。 6. 最后一个问题使用了微分中值定理的变种。由于f(x)在[0,1]上连续，在(0,1)内可导，且f(0) = 1, f(1) = 0，我们可以应用罗尔定理来证明至少存在一个ζ使得f'(ζ) = 0。然而，题目要求证明存在两个不同的点ζ和η使得f''(ζ) = f''(η) = 1。这可以通过构造一个新的辅助函数并应用微分中值定理来完成。 通过以上分析，我们可以看出这些练习题的核心在于理解和应用微积分中的基本定理，包括中值定理、介值定理以及它们在不同情况下的变形。解题时需要对函数的连续性、可导性以及导数的性质有深入理解，并能灵活运用这些理论。