g?(x)?0,证明:
(1)对于[a,b]上任意两个不同的点x1及x2,有g(x1)?g(x2)。 (2)至少存在一点??(a,b),使得
f(?)?f(a)g(b)?g(?)?f?(?)g?(?)。
分析:问题(2)属于一个等式在中值点?处成立的证明问题,可由罗尔定理证明。将要证明的结论改写为
[f(?)?f(a)]g?(?)?[g(b)?g(?)]f?(?)?0
根据罗尔定理,上式左边即可看作一个函数(辅助函数)?(x)在?处的导数,从而
??(x)?[f(x)?f(a)]g?(x)?[g(b)?g(x)]f?(x)
下面,我们就用不定积分的方法去计算?(x)。
?(x)???[f(x)?f(a)]g?(x)?[g(b)?g(x)]f?(x)?dx
??[f(x)?f(a)]g?(x)dx??[g(b)?g(x)]f?(x)dx ??[f(x)?f(a)]dg(x)?分部积分公式?g(b)f?(x)dx??g(x)f?(x)dx
?????????[f(x)?f(a)]g(x)? ??f?(x)g(x)dx??g(b)f?(x)dx
?g(x)f?(x)dx?g(b)f?(x)dx
?[f(x)?f(a)]g(x)??[f(x)?f(a)]g(x)?g(b)f(x)?C
只需要找出这样的一个函数即可,故可取C?0。
证明:(1)由题设知,函数g(x)在以x1和x2为端点的闭区间上满足拉格朗日中值定理的条件,故有
x)??g?()2(x? g(x2)?g(11x?)在x1与x2之间 ,
又因为g?(?)?0,x2?x1?0,所以g(x2)?g(x1)?0。
(2)设?(x)?[f(x)?f(a)]g(x)?g(b)f(x)。由题设知,?(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,而且?(a)??(b)??f(a)g(b),由罗尔定理,至少存在一点??(a,b),
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使得??(?)?0,即 f?(?)g(??)亦即
f(?)?f(a)g(b)?g(?)?f?(?)g?(?)[f?(?)fa(?)g]??()gb?(f?)? (
例19 设函数f(x)在[0,1]上有连续导数,在(0,1)内二阶可导,且f(0)?f(1)?0,证明:至少存在一点??(0,1),使得2f?(?)??f??(?)?0
分析:还是用罗尔定理证明,但此例结论中含有二阶导数,罗尔中值定理要用两次。怎样作辅助函数呢?将等式中的?换成变量x后,得
2f?(x)?xf??(x)?0
由罗尔定理,左边应看作某个函数的导数,故用不定积分的方法,将上式积分
2f(x)??xf??(x)dx??A
2f(x)?xf?(x)?f?(x)dx?A
f(x)?xf?(x)?A?0
如果这又是罗尔定理的结论,左边又要看作导函数,再积分之
?f(x)d?x?xd(f)?x?Ax B即有 xf(x)?A?x B?0 所以取?(x)?xf(x)?Ax?B,有时还要根据罗尔定理要求的端点值相等而确定参数
A与B,本题取A?B?0就可以了。
证明:设?(x)?xf(x)。由题设知,?(0)??(1)?0,?(x)在[0,1]上有连续导数,在(0,1)内可导,由罗尔定理,存在??(a,b)使得??(?)?0。又??(x)?f(x)?xf?(x),
??(0)?0。这样??(x)在区间[0,?]上满足罗尔定理的条件,所以至少存在一点??(0,1),使得???(?)?0,即有2f?(?)??f??(?)?0。
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