习题4.13212121.()32[0,1][1,2]Rolle 0,(0)(1)(2)0,()[0,1][1,2]Rolle 620,33(0,1),(1,2),()()0.332.f x x x x f f f f f x x x xx x f x f x =-+==='-+===+''=∈===2验证函数在区间及上满足定理的条件并分别求出导数为的点.处处可导故在区间及上满足定理的条件.f (x)=3x 讨论下列解1111()[1,1]Rolle ,,(1,1),()0.(1)()(1)(1),,;(2)()1(1)()(1)(1)(1)(1)(1)(1)()0,(1,1),()0.1(2)(m n m n m n m n f x c f c f x x x m n f x f x m x x n x x m nx x m mx n nx c f c m f x -----∈-'==+-='=+--+--'=+----==∈-=+'函数在区间上是否满足定理的条件若满足求使为正整数解1/32),(0).33.()ln [1,],?11(),()(1)ln ln11(1), 1.grange (1)|sin sin |||;(2)|tan tan |||,,(/2,/2);(3)ln x f f x x e c f x f e f e e c e x cy x x y x y y x x y b a b b b a ππ-'=-=='=-=-==-=--≤--≥-∈--<<不存在写出函数在区间上的微分中值公式并求出其中的应用中值定理,证明下列不等式:解222(0).(1)|sin sin ||(sin )|()||cos |||||.(2)|tan tan ||(tan )|()|sec ||||.(3)ln ln ln (ln )|()((,)).5.()(1)(4)x c x c x c aa b ax y x x y c x y x y y x x y x c y x y x b a b b a b ab a x b ac a b a a c aP x x x ===-<<'-=-=-≤-'-=-=-≥----'<=-=-=∈<=--证明多项式的导函数的证1,212,.()1,2,Rolle ,,,()(2,1),(1,1),(1,2).6.,,,:()cos cos 2cos (0,).n n P x P x c c c f x c x c x c nx π±±---=+++L L 三个根都是实根并指出它们的范围有四个实根根根据定理它的导函数有三个实根又作为四次多项式的导函数是三次多项式,最多三个实根,故的导函数的三个根都是实根,分别在区间设为任意实数证明函数在内必有根证1211()sin sin 2sin [0,]2((0)()0),()(0,).n g x c x c x c nx ng g f x πππ=+++==L 在满足定理的条件故其导函数在内必有根证22(()()7.()()(,),()0,0,(,).()():,()(),(,).(()()()()()()()()()0,()()()(),,,()(),()f xg x f x g x a b g x x a b f x g x k f x kg x x a b f x g x f x g x f x f x g x f x g x g x g x g x f x k k f x kg x g x ≠=∈''=∈'''''⎛⎫-=== ⎪⎝⎭==设函数与在内可微且证明存在常数使根据公式的一个推论存在常数使即证(,).8.()(-,)(),.:(),,,.(())()0,.,(),.9.(1)arcsin arccos /2,-11;(2)arctan .x a b f x f x k x f x kx b x k b f x kx f x k k k x f x kx b x x x x x x π∈'∞+∞=-∞<<+∞=+-∞<<+∞''-=-=-=-∞<<+∞-=-∞<<+∞+=≤≤=-∞<<+∞设在上可微且证明其中为常数证明下列等式:证证(1)2arcsin arccos arcsin arccos 0,(1,1),arcsin arccos [1,1],arcsinarccos ,arcsin 0arccos 0,arcsinarccos .22(2)arctan11x x x x x x x x x C C x x x x ππ'''+⎛⎫=+=∈-+- ⎝+==+=+='⎛⎫- ⎝=-+在连续故()=()+()210,1arctan ,00,arctan 0,(,).x x C x C x x =-=+-===-=∈-∞+∞以代入得故220210.:sin ,0/2.sin ()(0/2),(0)1,[0,/2],cos sin cos (tan )(0,/2),()0.2[0,/2],()()(0)1,0/2.211.()(,),(,),li x x x x xf x x f f xx x x x x x f f x x x f f f x f x f x a b x a b πππππππππ<<<<=<≤=--'==<=<<=<<∈证明不等式在连续在可导在严格单调递减设函数在内可微对于任意一点若证 00000000m (),lim ()().()()limlim (01)lim ()lim ().12.(Darboux )()(,),[,](,),()().::x x x x x x x x x f x f x f x f x x x f x xf x x f x y f x A B a b A B f a f b θθθη→→∆→∆→∆→→'''='+∆∆∆'==<<∆∆''=+∆==⊂''<存在则中值定理设在区间中可导又设且证明对于任意给定的00f(x +x)-f(x )证x 1011222()(),(,)().()()()0().()lim 0,)/20,()()00,()()0.()().:0()/2,()().[,]x f a f b c a b f c f a x f a f a f b f a b a xf a x f a x f a x f a f a f a x b a f b f b f a b c ηηδδδδδδ∆→+''<<∈'=+∆-'''<<=<->>∆+∆-<∆≤<+∆-<+<∆<<--<都存在使得先设存在(使得时即特别类似存在某点取最小证1,()()(),,,.(,),Fermat ()0.:()().()().()(),()()0,()()0,,(,)()()0,().f c f a f a c a c b c a b c f c f a f bg x f x x g x f x g a f a g b f b c a b g c f c f c δηηηηηηηη≤+<≠≠∈'''''=<<=-=-''''=-<=->∈'''=-==值f(c)同理是极小值点, 由引理,再设考虑由前面的结果存在使得即习题4.20000000L Hospital :212ln 2ln 21.lim lim .313ln 3ln 3cos 1sin sin 2.lim lim lim 1.ln(1)11/(1)13.lim ln(1)lim x x x x x x x x x x x x x xx x x xx →→→→→→→'-==---==-=--+-+⎛⎫-⎪⎪+⎭⎛=用法则求下列极限000/2lim lim 1lim .2tan 34.lim lim tan x x x x x x x π→→→→⎫⎛⎫==⎛⎫==-=222/222001000000001/5010003sec 3 3.sec ln(cos )(1/(cos ))(sin )5lim lim .ln(cos )(1/(cos ))(sin )ln 1/16.lim ln (0)lim lim lim 0.()7.lim lim x x a x x x x x x y x x ax ax ax a a bx bx bx b bx x x x x x x e y x e παααααα→→→---→+→+→+→+-→→+∞=-==->===-=-=505050/50/50/50220222200022250lim lim lim 0.8.lim (tan ).(tan ),lim ln lim (2)ln tan ln tan sec /tan lim lim 2lim 122(2)y y y y y y y x x x x x z x x y y e e e x y x y x xx x x x x ππππππππππ→+∞→+∞→+∞--→-→-→-→-→-→-⎛⎫⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭==-===----()022ln 200022lim ln 01/0033000tan 0,lim lim sin 1.1ln 9.lim 1(0)lim lim ln .1arcsin arcsin 10.lim lim sin x yx x yy y xx y y y y y z z y ez ee a a aa x a a y y y y yy y πππ→-→-→-→∞→→→→→=====-->===--==20011111230111.3361ln 111.lim lim 1ln (1)ln ln 11ln lim lim ln (1)/ln (1)1/1lim .ln 22112.lim l sin y y y y y y y x x y y y y y y y y y y y y y y y y y y x e x x →→→→→→→-→==-=-⎛⎫⎛⎫-+-= ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫+-== ⎪ ⎪+-+-⎝⎭⎝⎭⎛⎫== ⎪+⎝⎭--=22224200001/1/02220002011im lim 11lim lim .222arctan arctan 13.lim ,,arctan arctan 1ln (/arctan )lim ln lim lim 2(1)arctan lim 2x y x y y y y y x x x x x x x x e y e x y e e y x x y x x xx xx x x x x y x xx x x --→→--→→→→→→→----=-+-===-⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-+⨯==-+=232001/1/3011ln ln 112arctan 1arctan 1lim lim ,633arctan lim .14.lim arctan .arctan .22ln arctan 2lim ln lim lim ln arctan (12x x x x xxx x x x x x x x x x x e x x y x x x y x x ππππ→→-→→+∞→+∞→+∞→+∞--==-=-⎛⎫= ⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫- ⎪⎝⎭==-⎛⎫- ⎪⎝⎭21ln 12222200000)limlim 1,lim arctan .112arctan (1)(1)tan sec 1tan 215.lim lim lim lim lim 2.sin 1cos 1cos 1cos sin xx x x x x x x x x x x x e x x x x x x x x x x x x x x x x π-→+∞→+∞→+∞→→→→→+⎛⎫=-=-=--= ⎪⎛⎫⎛⎫⎝⎭++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭--=====---- 2000111cosh cos sinh sin cosh cos 16.limlim lim 1.22(ln 1)1(ln 1)117.lim lim lim ln 11/11x x x x x xx x x x x x x x xx x x x x x x x x x x x →→→→→→-++===-+-+-==-+--211222/(ln 1)lim 2.12218.lim arctan .arctan .21ln(arctan )(1/arctan )21lim ln lim lim,112lim arctan .x x x xxx x x x xx x x x x y x x x x y x x x e ππππππ-→→+∞→+∞→+∞→+∞-→+∞++==--⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⨯+===--⎛⎫= ⎪⎝⎭习题4.3221221223212222211.0Taylor :(1)sinh 2111()22!(21)!2!(21)!().3!(21)!111(2)ln 2122221x xn n n n n n n o o x e e x x x x x x x x n n x x x x n x x x x x x x n n -+++++-=-=⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++++--++-+ ⎪ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭⎝⎭=++++++⎛⎫-=--+---- ⎪+-⎝⎭L L L L 求下列函数再点的的局部公式22212321224221212223()2221().32111(2)(2)(2)(3)sin (1cos 2)(1)().222!4!(2)!21(4)(21)(1())1(n n nn n nn n n n o o o o x x x x n n x x x x n x x x x x x n x x x x x x x x x x x ---+⎛⎫⎛⎫+-++ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎛⎫=-++++ ⎪-⎝⎭⎛⎫=-=-++-+ ⎪⎝⎭+-=-+-++++-=-+++L L L L L 22211236636342333())2(())(1())1222().(5)cos 1(1)().2!(2)!2.0Taylor :(1)sin ()sin 1()266n n n n n n n n nn n x xo o o o o o x x x x x x x x x x x x x x x x x n x e x x x x x e x x x x ++++++-+++++++++=-----+=-++-+=⎛⎫=++++-+ ⎪⎝⎭L L L L 求下列函数再点的的局部公式至所指定的阶数解3424424234452344333()().3()11151()1()2816128224153251().2816384)111(2)(228o o o o o x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x ⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫=+-+-+-++ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭=+--++=+-+--+233222231)(2)161111(3)(3)(3)2816x x x x x x x x ⎛⎫+-+ ⎪⎝⎭⎛⎫-+-+--++-+ ⎪⎝⎭323223332331111(2)(4)(8)28161111(3)(96)(27)()28161115().2816o o x x x x x x x x x x x x x x ⎛⎫=+-+-+- ⎪⎝⎭⎛⎫-+-+--+-+ ⎪⎝⎭=+++222221212003521211/23.0Taylor (1)arctan .11(1)()11(1)(2)arcsin ()121(1)().352111111222(1)n n n k n x k n k n n n o o o x x x x x xx dt x x t k x x x x x n k x ++=++-==-++-++-==+++=-+++-++⎛⎫⎛⎫⎛⎫-----+ ⎪⎪ ⎝⎭⎝⎭⎝⎭=+=∑⎰L L L 求下列函数在点的局部公式:解202000212100()!(21)!!(1)()(2)!!(21)!!(),(2)!!(21)!!arcsin ()(2)!!(21)!!().(2)!!(21)4.Taylor :1(1)lim n k n k nk kn k nkn k nx x k nk nk n k x o o o o o x x k k x x k k x x k k x t dx t dt k k x t k k ====++=→⎪+-=-+-=+-=+-=++-∑∑∑∑⎰⎰∑利用公式求下列极限2422423402200000011()21lim.sin 2816()111112(2)lim lim lim lim .1(1)(1)(())21cos 1sin cos (3)lim lim sin sin sin x x x xx x x x x x x x x o o o x x x x x e x x x x x e x e x x e x e x e x x x x x x x x x x x x -→→→→→→→⎛⎫---++ ⎪-⎝⎭==-+----⎛⎫-==== ⎪---+⎝⎭-⎛⎫-= ⎪⎝⎭32333001sin ()1()62sin cos 1lim lim .3x x o xx x x x x x x x x x →→⎛⎫ ⎪⎝⎭⎛⎫---+ ⎪-⎝⎭===习题4.4532222221221.:(1)35.1515(1),15(1)15(1)(1)0,1,0, 1.y x xx x xy x x x x x x x x=-'-=-'=-=-+==-==求下列函数的单调性区间与极值点4解y=15x2132311(2).0.2110, 1.y xx xxy xx x x=-≠-'=-+=== x (-∞,0) (0,1) 1 (1,+ ∞)x (-∞,-1) -1 (-1,0) 0 (0,1) 1 (1,+ ∞) y'+ 0 -0 -0 +y 极大值❍无极值❍极小值22225.,sin cos sin(),,||/2.()sin()(sin cos)(0)0,()cos()cos,()sin().()sin()()(0)(0),22|()||sin()(sin cos)|2x a x a a x axf x a x a x af f x a x af x a xf c a cf x f f x x xxf x a x a x a++=+-+'==+-''=-+''-+'=++==+-+≤当较小时可用近似代替其中为常数试证其误差不超过证23441/32342344.116.01/3,1,26810.11111 1,126242624243.000717810.x xx xx xx e x x x ee e ee x x x x e x x x xθθ--<≤=+++⨯⎛⎫⎛⎫=++++-+++=≤⨯⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=<⨯L设按公式计算的近似值试证公式误差不超过证y'+ -0+y ❍极小值222222222(3),(,).1121220, 1.(1)(1)xy xxx x xy xx x=∈-∞+∞++--'=⨯=⨯==±++x (-∞,-1) -1 (-1,1) 1 (1,+∞) y'-0 + 0 -y ❍极小值-1 极大值1 ❍22222221(4)ln,0.2(ln)(1/)ln2(ln)ln ln[2ln]0,1,.y x xxx x x x x x x xy x x ex x x=>---'====== x (0,1) 1 (1,e2) e2(e2,+ ∞) y'-0 + 0 -y ❍极小值 极大值❍32222.()29122[1,3],.()618126(32)6(1)(2)0,1,2.(1)21,(1)7,(2)6,(3)11.(1)21,(3)11f x x x x f x x x x x x x x f f f f f f =-++-'=-+=-+=--==-=-===-=-=求函数在区间上的最大值与最小值并指明最大值点与最小值点是最小值是最大值.解()()()()2222203.22()()2(),/2.3222()(2)430,3333,(/2)()0.().44312.22p x V x p x p x px p p x p x p V p p x px p px p x p V p V p V p p p p ππππ=---=--≤≤'=---=-+=====-=将周长为的等腰三角形绕其底边旋转一周,求使所得旋转体体积最大的等腰三角形的底边长度.设腰长为则是最大值等腰三角形的底边长度 解,23x322324.,()12,(),[0,3].()32,320,1 2.3,0.()3.()333(1)(1)0,1,()6,(1)6,(1),(l k f x x lx kx x l k f x f x x lx k l k l k k l f x x x f x x x x x f x x f f f =++=-'=++-+=-+-==-='=-=-=-+=''''=±=±=±求出常数与的值使函数在处有极值并求出在这样的与之下的所有极值点以及在上的最小值和最大值是极小值解 1).(0)0,(1)2,(3)18.(1)2,(3)18.f f f f f -==-==-=是极大值是最小值是最大值5.,,,.sin OB OA a O A Kϕπ设一电灯可以沿垂直线移动是一条水平线长度为.问灯距离点多高时点有最大的照度6.,,?a b 若两条宽分别为及的河垂直相交若一船从一河转入另一河问其最大的长度是多少3000/2csc sec ,0.2sec tan csc cotsec tan 0,,csc cot tan ,tan arctan lim (),lim (),02l a b al a b ba b l l l θθπθπνθθθθθθθθθθθθπθθθ→→=+<<'=-+=====⎛⎫=+∞=+∞ ⎪⎝⎭设船与一岸夹角为则船长为在，有最小值，是最小值点.解,()()()()222222220.7.()(),0.32()3233323()0,.333a a a x V a x a x x a V x a x a x x ax a ax ax a x a x a x πππππ==-+≤≤'=-++-=--+=-+-=--+==在半径为问其高及底半径应是多少?设球心到内接圆锥体底的距离为,则锥体体积=解3332(0),()0,().()333273a aV a V a V a V ππ===⨯为最大值．ab20222222224,0,4,0,(4)2.89.4(18,0)()1818(),0().44lim (),()[0118180,448z h a V h a V V a r a ay x y z d f y y z g z z z y g z g z z z z →+∞''<<>>===⎛⎫⎛⎫==-+=-+=≤<+∞= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=+∞+∞⎛⎫'-+=-= ⎪⎝⎭当时当时为最小值,此时在曲线上求出到点的距离最短的点．　在，）有最小值．g (z)=2解()()2222264,(0)324,(64)68(0),(64)8,16.44(18,0)(16,8),(16,8)10.,.,(),0.2()232g g g y g y z x y x H H x HV x R x x R RV x R x x Rx x x R ππππ===<==±===-=-≤≤'=--=-=为最小值．曲线上到点的距离最短的点．试求内接于已知圆锥且有最大体积的正圆柱的高度．设已知圆锥的高度为底半径为设内接正圆柱的底半径为则其体积为解()2222230,0,.322(0)()0..().33311.1.cos ,02.sin (,0),cos (1sin ),0.2x x R H H V V R V R h R R R x y x a bx a t t y b t b S ab t t t S ππ-==⎛⎫==-= ⎪⎝⎭+==⎧≤≤⎨=⎩-=+≤≤'为最大值此时内接正圆柱的高度=试求内接于椭圆且其底平行于轴的最大等腰三角形的面积设内接等腰三角形的顶点在而底边上的一个顶点在第一象限.内接三角形面积解22200[sin (1sin )cos ][1sin 2sin ](sin )1(21)(21)(1)0,sin .21133(0),()0,()11.242ab t t t ab t t t z ab z z ab z z z t S ab S S t ab ab π=-++=--==-+-=--+===⎛⎫===-+= ⎪⎝⎭为最大值222012.8m/min ,50m ,,6m/min.??.()(8)(506),0.lim (),()0.()12812(506)2006000, 3.(0)50,t A O B x x A B s f t t t t f t f t t f t t t t t f f →+∞==+-≥=+∞≥'=--=-===设动点自平面坐标的原点开始以速度沿y轴正向前进而点在轴的正向距离原点处同时沿轴向原点作匀速运动速度为问何时与距离最近最近的距离是多少在取最小值解222(3)24321600,40.340m.d d =+===开始后分钟达到最近距离习题4.5()()()()22222222222321.()()212,()12(2)4642320,0,x x x x x xx x f x xe f x e x e e x f x e x x xe e x x xe x x --------='''-=-=---=-+=-+==求函数 的凸凹性区间及拐点.解=x(-∞,-32)-32(-32,0) 0(0, -32) 32(32,+∞)f " - 0 + 0 - 0 + f⋂拐点⋃拐点⋂拐点⋃x(,0)-∞0 (0,1)1 (1,2)2 (2,)+∞y '- 0 + + 0 - y ''+ + - - y☎⋃极小值⋃拐点⋂极大值☎⋂2321,(,).32(2)0,0,2.220, 1.y x x x y x x x x x y x x =-∈-∞∞'=-=-==''=-==作下列函数的图形：2.222223.,(,).2(2)(2)0,0,2;(2)(22)(42)0,2 2.x x x x x x x x y x e x y xe x e e x x e x x x y e x x e x e x x x --------'=∈-∞+∞=-=-=-==''=--+-=-+==±x(,0)-∞(0,22)-22-(22,2)-2(2,22)+22+ (22,)++∞y '-+ +--y ''++--+y]⋃ 极小值 Z ⋃ 拐点 Z ⋂极大值 ]⋂ 拐点 ]⋃x(,1)-∞-1-(1,0)- (0,1)1(1,)+∞y ' + 0 - -0 + y ''- -+ + y⋂极大值☎⋂☎⋃极小值⋃222314.,0.1110,21;.y x x xx y x x xy x =+≠-'=-==''=±=x(,1)-∞- -1(1,1)- (1,5)5(5,)+∞y ' + 0 + - 0 + y ''-+++yZ ⋂拐点 Z ⋃ ]⋃ 极小值 Z ⋃32223422244323226(1)5., 1.(1)3(1)(1)2(1)(1)(1)(1)(1)(3322)(1)(1)(5)(1)(5),(1)(1)(1)0,1,5.[2(1)(5)(1)](1)3(1)(5)(1)(1)[2(x y x x x x x x y x x x x x x x x x x x x x y x x x x x x x x y x x +=≠-+--+-'=-+----+--+-===---'==-+-++--+--''=-+=22442422441)(5)(1)](1)3(1)(5)(1)(1){[2(5)(1)](1)3(1)(5)}(1)(1){(39)(1)3(45)}(1)(1){(3129)3(45)}24(1)0 1.(1)(1)x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x -++--+--+-++--+-=-+-----=-+-+---+====---，224333/2ln6.,0.1ln0,.12(1ln)12(1ln)32ln),0,.xy xxxy x exx x x x xxyx x xy x e=>-'===-⨯--+--''==-=-''==x (,)e-∞ e 3/2(,)e e3/2e3/2(,)e+∞y'-0 + +y''+ + 0 -y ]⋃极小值Z⋃拐点Z⋂221221221121122121()(,)()(,).()0,(,).()(,)(,),,(,),,()()()(),()()()().0(()())(),y f x a b f x a b f x x a b y f x a b a b x a b xf x f x f x x x f x f x f x x xf x f x x xx x''''=≤∈=∈<''≤+-≤+-''≤--->117.设函数在内有二阶导数且在内向上凸证明在在内向上凸故对于任意x x两式相加得消去得证12210()(),()(),(),()0, (,).f x f x f x f x f x f xx a b'''''''≤-≤≤∈即是单调递减函数故习题4.632223/223/221.:111(1)31,;399(2)3,12(3)()(sin ),()(1cos ),,|6|(1)91,18, 6.(1)(10)112(2)1,1,1(1)(y x x x y x x t a t t y t a t a t y y x y x K y y x y y x x π⎛⎫=-+- ⎪⎝⎭⎛⎫=⎪-⎝⎭=-=-''-'''=-===='++'''=++=-=--求下列曲线在指定点的曲率在处在处;其中为常数在=/2处.解33/22223/222223/21164..91)125(1)16(3)(1cos ),sin ,sin ,cos ,()2.21(0,1)(1)(1)154,40,1,44||14,(1)4K x a x a t x a t y a t y a t K a a y x y y y y x y y y y y K R y αβ==-+''''''=-=====+=+'''++'''==-==+=+=''''''==='+求曲线在点处的曲率圆方程.00解.=x 222223/223/251,:().443.243?.44-4, 4.1,(1,1)(1)(1(44)).x y y x x y y x y K x y x ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭=-+'''''====='++-曲率圆方程问曲线上哪一点处曲率最大并对其作几何解释当时最大对应点恰是抛物线的顶点解第四章总练习题000000001..()()[()()].()(),[0,].()()(),(0)0.Lagrange ,(0,1)()(0)(),f x h f x h f x h f x h h f x x f x x x h g g x f x x f x x g g h g g h h θθθθθθ''+--=++-+--∈'''=++-=∈'-=00设y=f(x)在[x -h,x +h](h>0)内可导证明存在,0<<1使得令g(x)=(x)在[0,h]内可导,根据公式存在使得证00000()()[()()].2.:0,()1/4()1/2lim ()1/4,lim ()1/2.4(())211()(124x x f x h f x h f x h f x h h x x x x x x x x x x θθθθθθθθ→→+∞''+--=++-≥=≤≤=====+=++=+即证明当时中的满足且00).11()(12),44111()(12)(1(1)2).44211lim ()lim (12).441lim ()lim (12)41lim 4x x x x xx x x x x x x x x x x θθθθ→→→+∞→+∞≥+=-=+≤+++-==+==+=由算术几何平均不等式得22111lim lim .4423,0123.()()[0,2]1, 1,01(2)(0)1().120, 1x xx x f x f x x xx x f f f x x x====⎧-≤≤⎪⎪=⎨⎪<<+∞⎪⎩-≤≤⎧-⎪'==⎨--<<+∞⎪⎩设求在闭区间上的微分中值定理的中间值.解2/23/21.221111,;,()[0,2]222x x x f x x -=--=-=-=-=1在闭区间上的微分中值定理的中间值为22324.[1,1]Cauchy ()()()30(1,1),Cauchy (1)(1)()()0,()200,(0)0,.(1)(1)()()5.()[,],(,f x x g x x g x x f f f c f c f c c c g g g g c g c f x a b a -=='=∈-''--''======''--在闭区间上中值定理对于函数与是否成立?并说明理由.由于有零点中值定理的条件不满足.其实其结论也不成立.因为若，但无意义设在上连续在解2121212),()0,(,)()()0,(,)()0.(,),()0,Rolle (,),(,)()()0.()[,](,),()0,()0,(,).(b f x x a b f a f b x a b f x c a b f c a c c c b f c f c f x c c c c f f x x a b f ξξ''≠∈==∈≠∈=∈∈''=='''''∈=≠∈''上有二阶导数且又证明当时若存在则由定理存在使得对于在应用定理,存在使得此与条件矛盾由假设1证一,c 证二,00)0,(,),,().()(,())(,0)(,())(,0),()0,(,).6.()[,],()()0,(,)()0.:(,)()0.x x a b Darboux f x f x a f a a b f b b f x x a b f x a b f a f b c a b f c a b x f x ''''≠∈==<∈==∈>''<根据定理恒正或恒负不妨设恒正,于是f下凸,曲线严格在连结的弦下方故设在上有二阶导数且又存在使证明在内至少存在一点使由公式存在证一,c 12121221021()()()(,),()0,()()()(,),()0.()[,]Lagrange (,),()()()0.,()0,(,),[,],(,(f c f a f c a c f c c a c af b f c f c c b f c b c c af x c c c c f c f c f x c c f x x a b f a b a f a -'∈==>----'∈==<--'∈''-''=<-''≥∈0满足存在满足对于在应用公式,存在x 使得若不然在下凸曲线在连结12c 证二))(,0)(,())(,0),()0,(,).a b f b b f x x a b ==≤∈的弦下方故1201120121100112121201120127.1-12101.(),1111-121()1-12n n n n nn n n n n n n n n n n n a a a a aa x a x a x a n n n a x a x a a a a x a x a af x x n n n n n n aa a a f x a x a x a x a n n n ---+-----++++=++++++⎛⎫=++++-+++++ ⎪+-+⎝⎭'=++++-++++++L L L L L L 证明方程在与之间有一个根考虑函数证1201120121(0)(1)0.,(0,1),()0,1-12101.n n n n n nn a f f Rolle c f c c a a a a aa x a x a x a n n n ---⎛⎫ ⎪⎝⎭'==∈=++++=++++++L L 由定理存在即是在与之间的一个根00000008.()(,),,().?Lagrange ,()()()(),|()||()()()||()||()||()||(f x a b f x f x f x f c x x f x f x f c x x f x f c x x f x ''∈∈'-=-''=+-≤+-≤0设函数在有限区间内可导但无界证明在(a,b)内也无界逆命题是否成立试举例说明.若不然设f (x)在(a,b)内有界M,取定x (a,b),则对于任意 x (a,b),根据 公式证,)|||().(0,1),01,(0,1)M b a +-<<=内有界内无界.(1)(1)00002009.()[,](),(),()[,].(:()()()()()0,()).()[,]2,()()()()0,()n n k f x a b n k k f x f x a b f x f x x x g x g x x f x k n f x a b x f x x x g x g x f x --=-≠'=-≠若函数在区间上有个根一个重根算作个根且存在证明在至少有一个根注意若可以表示成且则称为的重根我们对于作归纳法证明函数在区间上有2个根.如果是重根则且则证.2000121212012001002()()()(),().()[,],,,[,]Rolle ,(,),()0..()[,]11,()()()()0,()(n x x g x x x g x f x x f x a b x x x x x x x x x f x n f x a b n f n x f x x x g x g x f x +''=-+-<'∈=++=-≠'=有根如果在区间上有2个不同的根在应用定理存在使得设结论对于个根的情况成立现在假定在区间上有个根.如果有重根重根则且则10000011000111211121)()()()()()((1)()()()),(1)()()()(),()(1)()0,().1,,[,],,[,]Rolle ,(,),,(n n n n n n n n n n x x g x x x g x x x n g x x x g x n g x x x g x g x g x n g x f x x f n x x x x x x c x x c x x ++++'+-+-=-++-'++-==+≠+∈∈L L L 有n重根如果如果有个单重根在区间上应用定理存在,11112111121111])()()0,().,,,,,,11,1.[,],,[,]Rolle ,(,),,()()()0.()1(1)n kk k i i k k k kk i i f c f c f x n f x n n n k n n x x x x c x x c f c f c f x k n n =---='''===+>>=+∈∈''''===-+-=∑∑L L L L L L 1k-1k 使得至少有个根如果有不同的根x 重数分别为在上应用定理存在x ,x 使得至少有根个.对f (x)()(1)(())().n n f x f x +'=用归纳假设,至少有一个根22111111112111110.:Lerendre ()[(1)](1,1).2!1()(1)],(1)(1)0,[ 1.1]Rolle 2!(1,1),()0.(1)(1)0(1),1)(,1)Rolle 1),n n n n nn n d P x x n n dxf x x f f f n c f c f f n f c c c c =---=-=-''''∈-=-==>-∈-证明多项式在内有个根对于在应用定理，存在使得当时对于在（，应用定理，存在（，证=2122211211(-1)(-1)111111121()12,1)()()0.()(1,1),,(1)(1)0Rolle ,,,(1,1)()()0.()n n n n n n n n n n n n n n c c f c f c x c c f f c c c c x x fx P x P x --------''∈==--==∈-==L L L (n-1)1（使得如此下去，f 在有零点，，在（-1,）,(,),,(,1)应用定理, 得到x 使得是n 次多项式，至多有n 个零点()n P x n ，故恰有个零点.00011.(,),lim ()lim ().:(,),()0.()lim ()lim ().(,),(,),()0.(),().,,(,),()(x x x x f f x f x c f c f x f x f x A x c f c f x A f x A a b x a b f a f x →-∞→+∞→-∞→+∞-∞+∞='∈-∞+∞=≡==∈-∞+∞∈-∞+∞'=≠><∈<设函数在内可导且证明必存在一点使得证若取任意一点都有设存在不妨设根据极限不等式存在a,b,满足:000000),()().[,],[,]()()(),()()(),(,),,Fermat ,()0.()()lim ()0lim0.lim ()0x x x f b f x f a b c a b f c f x f a f c f x f b x a b x f c f x f x f x xf x x →+∞→+∞→+∞<∈≥>≥>∈'='∞=='=0在连续必在一点取最大值. 故为极大值点根据引理12.设函数在无穷区间(x ,+)可导,且,证明证由于,根据极限定义,存在正数101111111111,|()|()()()()()())|()|()|()||()||()||()|.,.max{,},()(),2,lim 0.x x f x f x f x f x f c x x f x f x f x x x x x f x f x f x f x x X x x x f x f x x X x x εεεεεεε→+∞'>'-+-++==≤<+<>=><=11使得x>x 时<.(x-x 为使只需令当时必有故13.()[,),()0,()()0,,()0.()0,()()()()()()0,(),,,,f x a f x l f a f a a a l f x f a f a f a f a a f a f c f a l l l l f a f a a l a a '+∞>>⎛⎫<- ⎪⎝⎭=<⎛⎫⎛⎫⎛⎫'-=+->+-= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎡⎤-⎢⎥⎣⎦设函数在无穷区间内连续且当x>a 时其中l 为常数.证明:若则在区间内方程有唯一实根证在连续由连续怀念书函数的中间值定理在区间()()0.,()Rolle ,(),,()0.14.()(,)lim ()0.()(1)(),lim ()0.lim ()lim((1)())lim (x x x x x f a f x l f a f x a a f x l l f x f x g x f x f x g x g x f x f x f →∞→∞→∞→∞→∞⎛⎫-= ⎪⎝⎭⎛⎫''->> ⎪⎝⎭'-∞+∞==+-='=+-=内方程至少有一实根若有两个实根根据定理将在有一零点这与条件矛盾设函数在上可导，且现令证明证)(01)0.x θθ+<<=12121215.()[,]Lipschiz ,0,,[,],|()()|||.(1)()[,],()[,]Lipschiz (2)(1)?(3)[,]Lipschiz (1)()[,]0,f x a b L x x a b f x f x L x x f x a b f x a b a b f x a b L >∈-≤-''>称函数在满足条件若存在常数使对于任意都有若在连续则在满足条件中所述事实的逆命题是否成立举一个在上连续但不满足条件的函数.解在连续,存在常数12121212122121|()|.[,].,[,],,[,],|()()||()()||()|()().(2).()[,]Lipschiz ()[,]()||[1,1]Lipschiz f x L x a b x x a b x x c x x f x f x f c x x f c x x L x x f x a b f x a b f x x '≤∈∈<∈''-=-=-≤-'=-使得根据中值公式,对于任意存在使得否在满足条件,未必处处可导,更谈不到在连续.例如,在 满足条件111111(3)()[0,1],Lipschiz ()(0,1].16.()[,],()()[,],()()().()()(()())()()()()banni i i i i i i ni i i i f x f x F x a b F x f x a b f x dx F b F a F b F a F x F x F x x f x x ξξ--==-=='='==-'-=-=--→⎰∑∑∑,但在0不可导.连续但不满足条件,因其导函数无界设在可导且其导函数在上可积证明证1()(()0).{}[,].17.()(),(,),()()(),1,,bai n f x dx x a b P x a P x b c a b P x c P x n P x x x n λ∆→--∈-∈<<+⎰L 为的分割设多项式与的全部根都是单实根证明对于任意实数多项式的根也全都是单实根.证不妨设a=0,b>0,c (0,b),是次多项式,且首项系数为正.有单实根则这些根把实轴分为个区间每个区间保持固定正负号且正负相间.否则某个根将为极值点,导数为111232322212221222lim ().0(),,(,),,,(,),(,),().n x k k k k k k i n k P x b P x b x x x x x x x x x x x x x x P x b →∞----=''∞>=<<'''''''<∈∈∈+∞=L L 零,此与单实根矛盾.在两个无穷区间保持正号,且严格单调递增或递减,在每个有穷区间有一个最值点,且在其两侧分别递增和递减,设为偶数,则=+设且有n 个单实根.必有根据连续函数的中间值定1122233322222*********,(0,),(,),(,),(,),(,),(,),(,),().,k k k k k k k k i i c b c x c x x c x x c x x c x x c x P c c P n c ------'∈∈-∞∈'''∈∈∈+∞∈+∞=理对于存在使得为次多项式是P(x)=c 的所有单实根.18.()(,),,()0.()()0(,)(),()()0,[,](,)),.Rolle ()(()())0,()()0.19.3x f x a b f x f x f x a b f x g a g b g a b a b g x e f x f x f x f x A x -∞+∞='+==='''∈=+=+=设函数在内可导且是方程的两个实根证明方程在内至少有一个实根.设在 连续, 在可导根据定理, 存在 c (a,b),使得即决定常数的范围,使方程x 证 g(x)=e 43243232322212318624.()38624,()1224122412(22)12[(2)(2)]12(2)(1)12(2)(1)(1)0,.1,1, 2.()19,(1)13,(2)8.((x x x A P x x x x x P x x x x x x x x x x x x x x x x x x P x P P P --++'=--+=--+=--+=---=--=--+==-===-==-有四个不相等的实根根据这些数据画图，由图易知当在区间解4321),(2))(13,8)38624P x x x x A -=----++时有四个不相等的实根.2300220.()1(1).:()023,.0()0,21lim (),lim (),,,,()0,()0.(,),()0.()1nn x x x x x f x x f x n nn x f x f n k f x f x a b a b f a f b x a b f x f x x x →-∞→+∞=-+-++-=≤>=-=+∞=-∞<><∈='=-+-L 设证明方程当为奇数时有一个实根当为偶数时无实根当时故只有正根当为奇数时,存在根据连续函数的中间值定理,存在使得 证 ,2122222110(0),0,,1.1210, 1.101,()0,1,()0,(1)0,(1)0,().21.()()()()[,k k k k x x x x f x x n k x x x x x x f x x f x f x f n f x u x v x u x v x a ---++-=<>>---+'=-+-++===--''<<<>>>>''L L 当时严格单调递减故实根唯一当为偶数时,f (x)=是时的最小值故当为偶数时无实根设函数与以及它们的导函数与在区间],[,].()(),.()().()().b uv u v a b u x v x u x v x u x v x ''-上都连续且在上恒不等于零证明在的相邻根之间必有一根反之也对即有与的根互相交错地出现试句举处满足上述条件的与121212121212212,()[,].0,()0,()0.()[,],[,],()()0,Rolle ,[,],()()0,)()0,[,]x x u x a b x x u v uv v x v x v x ux x w a b w x w x c x x vu v uv w c c u v uv c u v uv v x x ''<-≠≠≠==∈''-'''''==-=-设是的在的两个根,由于如果在上没有根则=在连续由定理存在使得即(此与恒不等于零的假设矛盾.故v(x)在上有证cos(),sin ,--10,sin cos .u x v x u v uv x x ''===≠根.例如的根交错出现22222222222arctan 22.:0(),arctan (tanh ).tanh 2tanh arctan arctan sinh cosh (1)arctan 1cosh ()tanh tanh (1)tanh cosh 1sinh 2(1)arctan ()2(1)tanh cosh x x f x x x x x xx x x x x x x f x x x x x x x x xg x x x x π'>=<-'-+⎛⎫+'=== ⎪+⎝⎭-+==+证明当时函数单调递增且证22222222222222.(1)tanh cosh (0)0.()cosh 212arctan ,(0)0,2()2sinh 22arctan ,(0)0,12(1)222(1)()4cosh 224cosh 21(1)11444cosh 20(0cosh 11x x x g g x x x x g xg x x x g xx x x g x x x x x x x x x x x x x +=''=--=''''=--=++--'''=--⨯=--++++=-+>>++当时31),Taylor 0()()0,()0,.3!arctan arctan lim ()lim ,0.tanh 2tanh 2x x x g x g x x f x f x x f x x x x θππ→+∞→+∞>>'=>>==><由公式,对于有严格单调递增故对于有22222tan 23.:0.2sin ()sin tan ,()cos tan sin sec 2sin sin sec 2,()cos sec 2sin sec tan 2(cos sec 2)2sin sec 201(cos sec cos 2,(0,/2)).cos (0)(0)0x x x x xf x x x x f x x x x x x x x x x f x x x x x x x x x x x x x x xf f ππ<<<=-'=+-=+-''=++-=+-+->+=+≥∈'==证明当时有证2223222,Taylor ()tan ()0,sin tan 0,((0,/2)).2sin 24.:(1)1,0.(2)ln(1),0.2(3)sin ,0.611,0.21(2)ln(1),0.(1)ln(1)x x xf x x x f x x x x x x x xe x x x x x x x x x x x e e x x x x x x x x x x x x x θθπθ''=>-><∈>+≠-<+>-<<>=++>+≠+=-<>++=-根据公式,证明下列不等式证(1)2233321,0.23(1)2(3)()sin ,(0)0,()1cos 0,2()0,0,()(0)0,0.()sin ,6()cos 1,()sin 0,0.02,()(0)0,x x x x x f x x x f f x x x n f x x f f x f x x g x x x x g x x g x x x x g x g x g x θπ+>->+''=-==-≥==>>=>⎛⎫=-- ⎪⎝⎭⎛⎫'''=--=-+>>> ⎪⎝⎭>=仅当时故当时严格单调递增当时严格单调递增2111ln 120.25.(1)(1)(1),[0,1)...ln ln(1),11...26.()tan /4Taylor tan(50)()sec ,()nn n n n nniin n i i qx qn n n x q q q q x q q qx x q q q q x eex x f x x x f x x f x π+==-︒>=+++∈-=+<=<--=<=='''==∑∑L 设其中常数证明序列有极限单调递增有上界故有极限求函数在处的三阶多项式,并由此估计的值.证解22242sec tan ,()4sec tan 2sec .x x f x x x x '''=+()1,()2,()4,()16.4444f f f f ππππ''''''====。