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重庆大学高等数学习题3-1

A 组1.验证拉格朗日中值定理对函数32452y x x x =-+-在区间[0,1]上的正确性 解析:考查拉格朗日中值定理的应用,只需在[0,1]内找出一点使得=0y ',证明:已知函数在[0,1]内连续,在(0,1)内可导,则其满足拉格朗日中值定理的两个条件 令()y y x =,则(1)2y =-,(0)2y =-又因为2()12101y x x x '=-+,令[(1)(0)]()(10)y y y x '-=-,即()0y x '=,解得1,21052412x ±==则存在(0,1)ξ∈,使得(1)(0)()(10)y y y ξ'-=-2.证明方程3220x x C -+=在区间[0,1]上不可能有两个不同的实根,其中C 为任意常数 解析:考查罗尔定理的应用,本题可以利用反证法来证明证明:设32()2f x x x C =-+,假设存在两点1x ,2x (12x x >),使得12()()0f x f x == 则在12[,]x x 内,满足罗尔定理,即存在12(,)x x ξ∈,使得()0f ξ'=2()34f x x x '=-,令()0f x '=,解得0x =,x =(不在所设区间内,舍去) 若0ξ=,则1x ,2x 中必有一个不存在,与所设假设不符 则方程3220x x C -+=在区间[0,1]上不可能有两个不同的实根3.若方程10110n n n a x a x a x --+++=L 有一个正根0x x =,证明:方程12011(1)0n n n a nx a n x a ---+-++=L 必有一个小于0x 的正根解析:考查罗尔定理的应用,判断利用哪个中值定理可以通过所得条件得出,设1011()n n n f x a x a x a x --=+++L ,则由已知条件可得0()(0)0f x f ==,这样满足罗尔定理的第三个条件证明:设1011()n n n f x a x a x a x --=+++L ,0()(0)0f x f == 且12011()(1)n n n f x a nx a n x a ---'=+-++L根据罗尔定理可知,存在一点0(0,)x ξ∈,使得()0f ξ'=即12011(1)0n n n a nxa n x a ---+-++=L 必有一个小于0x 的正根4.设2350a b -<,证明:方程532340x ax bx c +++=有唯一的实根解析:考查连续函数的性质,分析题干所给条件,2350a b -<正是判断函数53()234f x x ax bx c =+++导数根的存在性的依据,而lim ()x f x →-∞=-∞,lim ()x f x →+∞=+∞,则可以判断函数的根的唯一性证明:设53()234f x x ax bx c =+++,42()563f x x ax b '=++令2t x =,2()563f t t at b '=++(0t ≥)而222(6)543366012(35)0a b a b a b -⋅⋅=-=-<则2()5630f t t at b '=++=没有实数解,且lim ()x f x →+∞'=+∞因此可得()0f x '>恒成立,方程532340x ax bx c +++=有唯一的实根 5.设0a b >>。

证明:ln a b a a ba b b--<< 解析:考查微分中值定理的应用,先对所证不等式进行化简,即1ln ln 1a b a a b b-<<-,很明显需要利用拉格朗日中值定理 证明:设()ln f x x =,1()f x x'=根据拉格朗日中值定理 存在(,)a b ξ∈,使得()()1()f a f b f a b ξξ-'==-又因为在[,]a b 内,1()f x x'=为单调递减函数 则()()()f a f f b ξ'''<<,即111a bξ<< 即证结论6.证明:当1x >时,xe ex >解析:考查微分中值定理的应用,这里并不涉及两个相等的函数值,因此可以不考虑罗尔定理,若设()xf x e ex =-,则(1)0f =,可以考虑拉格朗日中值定理 证明:设()x f x e ex =-,(1)0f =()x f x e e '=+因为函数()f x 在[1,]+∞上连续,在(1,)+∞上可导,根据拉格朗日中值定理 存在一点(1,)x ξ∈,其中(1,)x ∈+∞,使得()(1)()(1)f x f f x ξ'-=-化简()(1)xe ex e e x ξ-=--,因为()(1)0e e x ξ-->,则0xe ex ->即证结论7.若函数()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,则存在(,)a b ξ∈,使得()()()f f a f b ξξξ-'=-解析:考查微分中值定理的应用,先对所要证的等式进行化简()()()()f f b f a ξξξ'+-=,很明显,等式左边为一个函数的导数,即令()()()g x f x x b =-,()()()()g x f x f x x b ''=+-,再利用拉格朗日中值定理证明即可证明:令()()()g x f x x b =-,()()()()g x f x f x x b ''=+-,且()0g b =已知函数()g x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,根据拉格朗日中值定理,存在一点(,)a b ξ∈,使得()()()g b g a g b aξ-'=-即()()()()()f a a b f f b b aξξξ--'=+--,也即()()()()f f b f a ξξξ'+-=即证结论8.设函数()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,证明:在(,)a b 内至少存在一点ξ,使得()()()()bf b af a f f b aξξξ-'=+-解析:考查微分中值定理的应用,从上述几题的求解过程中可以看出,利用微分中值定理解题的过程为分析题干构造函数、找两点、求解,最关键的在前面两步,函数的构造要从已知式子中的得出,本题中,思路比较清晰,直接令()()g x xf x =,题中也很明显的告诉的两点,直接利用拉格朗日中值定理证明证明:设()()g x xf x =,()()()g x f x xf x ''=+因为函数()g x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,根据拉格朗日中值定理 存在一点(,)a b ξ∈,使得()()()g b g a g b aξ-'=-带入求解()()()()bf b af a f f b aξξξ-'=+-即证结论9.设函数()f x 在(,)a b 内具有二阶导数,且123()()()f x f x f x ==,其中123a x x x b <<<<证明:在13(,)x x 内至少有一点0x ,使得0()0f x ''=解析:考查微分中值定理的应用,本题中告诉的三个相等的函数值,很明显需要利用罗尔定理来证明,不过需要两次证明:因为()f x 在(,)a b 内具有二阶导数则在12(,)x x ,23(,)x x 区间内,函数()f x 都满足罗尔定理的三个条件 则存在112(,)x x ξ∈,223(,)x x ξ∈,使得1()0f ξ'=,2()0f ξ'=又因为函数()f x '在12(,)ξξ内也满足罗尔定理的条件,则存在01213(,)(,)x x x ξξ∈∈ 使得0()0f x ''= 即证结论 B 组1.证明不等式:111ln(1)1n n n<+<+,其中n 为正整数 解析:考查微分中值定理的应用,本题可以转化为函数来证明,设1x n=,则就是证明ln(1)1xx x x <+<+,其中0x >,这时就需要利用拉格朗日中值定理 证明:设()ln(1)f x x =+,1()1f x x '=+则存在一点(0,)x ξ∈,其中(0,)x ∈+∞,使得()(0)()(0)f x f f x ξ'-=-化简ln(1)1x x ξ+=+,因为0x ξ<<,则ln(1)11x x x x x ξ>+=>++ 即证结论2.设函数()f x 在[0,1]上可导,且0()1f x <<;对于(0,1)x ∈,()1f x '≠,证明:在(0,1)内仅有一点0x ,使得00()f x x =解析:考查微分中值定理的应用,根据所要证的等式,很容易构造函数()()g x f x x =-,本题要分为两个部分进行证明,首先是证明在(0,1)内存在点0x ,然后证明0x 的唯一性。

证明:设()()g x f x x =-,因为函数()f x 在[0,1]上可导,则()f x 在[0,1]上必连续 同理()g x 在[0,1]上也必连续因为(0)(0)0g f =>,(1)(1)10g f =-<,根据根的存在性定理 在(0,1)至少存在一点0x ,使得000()()0g x f x x =-=设1x ,2(0,1)x ∈,其中12x x >,在12(,)x x 内使用拉格朗日中值定理 即存在一点12(,)x x ξ∈,使得1212()()()()1g x g x g f x x ξξ-''==--因为()1f x '≠,则121212()()0()()g x g x g x g x x x -≠⇒≠-即在(0,1)内,函数()g x 上任意两点的函数值不等 在(0,1)内仅有一点0x ,使得000()()0g x f x x =-= 即证结论3.设函数()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,如果方程()0f x =在上有n 个不同的实根,则方程()0f x '=在(,)a b 内至少有1n -个不同的实根解析:考查微分中值定理的应用,题中告诉了n 个函数值相等的点,很明显利用罗尔定理 证明:设n 个不同的实根分别为12,,,n x x x L 分别对相邻的两个根利用罗尔定理,得存在112(,)x x ξ∈,223(,)x x ξ∈L 11(,)n n n x x ξ--∈ 使得1()0f ξ'=,2()0f ξ'=L 1()0n f ξ-'= 则方程()0f x '=在(,)a b 内至少有1n -个不同的实根 即证结论4.设函数()y f x =在点0x =的某领域内具有n 阶导数,且(1)(0)(0)(0)n f f f-'===L ,试用柯西中值定理证明:()()()!n n f x f x x n θ=,其中01θ<<解析:考查柯西中值定理的应用,柯西中值定理中存在两个函数,两个点,本题也必须找到这样的条件,()()()!n n f x f x x n θ=中()()n f x θ表示()f x θ的n 阶导数,而!n 可以表示为nx 的n 阶导数,这样就找到了两个函数证明:设()ng x x =,对于函数()f x ,()g x 在(0,)x 内使用柯西中值定理即存在1(0,1)θ∈,使得111()()(0)()0()n n n f x f x f f x x x n x θθ-'-==-同样又对函数()f x ',()g x '使用柯西中值定理,得21(0,)θθ∈,使得112112112()(0)()()()0()(1)()n n n f x f f x f x n x n x n n x θθθθθθ---'''''-==-- L对函数(1)()n fx -,(1)()n g x -使用柯西中值定理,得1(0,)n θθ-∈,使得(1)(1)1111()(0)()()(1)2()0(1)2()!n n n n n n n f x f f x f x n n x n n x n θθθθθ------'-==---L L 综上可得11111()()()()()(1)2()!n n n n n f x f x f x f x x n x n n x n θθθθθ---''====-L L 即证结论5.设函数()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,且()()1f a f b ==,试证明:存在ξ,(,)a b η∈,使得[()()]1e f f ηξηη-'+=解析:考查微分中值定理的应用,对[()()]1ef f ηξηη-'+=化简[()()]e f f e ηξηη'+=,已知[()][()()]xxe f x e f x f x ''=+,则等式左边可以利用拉格朗日中值定理 证明: 设()()xg x e f x =,()[()()]xg x e f x f x ''=+ 根据拉格朗日中值定理,存在一点(,)a b η∈,使得()()()[()()]b a g b g a e e g e f f b a b aηηηη--''===+--又因为对于函数()xh x e =,存在一点(,)a b ξ∈,使得()()()b ah b h a e e h e b a b aξξ--'===-- 综上可得存在ξ,(,)a b η∈,使得[()()]e f f e ηξηη'+= 即证结论6.设函数()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 内可导,且()0f x '≠,试证明:存在ξ,(,)a b η∈,使得()()b a f e e e f b aηξη-'-=⋅'-解析:考查微分中值定理的应用,所证的等式中存在两个假设量,这种题目一般的解题思路为:首先化简,将具有相同假设量的值移到一边,然后根据式子判断适用于那种微分中值定理,最后利用多次或多种微分中值定理证明证明:化简等式()()b a e e f f b a e ηηξ'-'=⋅-,因为()f eηη'可以看作是柯西中值定理的右边式子,因此可以进一步化简()()()()()()b a f b f a f b f a f f e e b a eηηξ'--'=⋅--,这样就很明显了对函数()f x ,xe 使用柯西中值定理,即存在(,)a b η∈,使得()()()b af b f a f e e eηη'-=- 然后对函数()f x 使用拉格朗日中值定理,即存在(,)a b ξ∈,使得()()()f b f a f b aξ-'=-上面两式约去()()f b f a -,得()()b a f e e e f b aηξη-'-=⋅'- 即证结论7.利用中值定理求极限2lim [ln arctan(1)ln arctan ]x x x x →+∞+-解析:考查微分中值定理的应用,前面已经提到了,利用中值定理求解的关键在于构造函数和找到两个点,这里考查利用中值定理求解极限,思路也是一样的证明:因为极限中出现了两个函数ln arctan x ,因此可以设()ln arctan f x x = 则211()arctan 1f x x x '=⋅+函数()f x 在区间(,1)x x +内使用拉格朗日中值定理,即存在一点(,1)x x ξ∈+,使得ln arctan(1)ln arctan ()x x f ξ'+-=因为1x x ξ<<+,则当x →+∞时,ξ→+∞222212lim [ln arctan(1)ln arctan ]lim ()lim(1+)arctan 2x x x x f ξξξξξπξξπ→+∞→+∞→+∞'+-====8.设函数()f x 在[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且(0)(1)0f f ==.证明:对任意的常数k ,存在(0,1)ξ∈,使得()()0f kf ξξ'-=(提示:令()()kxF x ef x -=)解析:考查微分中值定理的应用,本题已经告诉构造的函数,而且两点也很明显,直接利用中值定理求解即可证明:设()()kxF x ef x -=,()[()()]kx F x e f x kf x -''=-由此可知(0)0F =,(1)0F =根据罗尔定理,存在一点(0,1)ξ∈,使得()[()()]0k F e f kf ξξξξ-''=-=因为0k eξ-≠,则()()0f kf ξξ'-=即证结论。

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