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考研數(shù)學(xué)二分類模擬題20解答題設(shè)f(x)二階可導(dǎo),f(0)=0,令1.
求g'(x);正確答案:[解]因?yàn)?,所以g(x)在x=0處連續(xù).
當(dāng)x≠0時(shí),
當(dāng)x=0時(shí),由
得,即
2.
討論g'(x)在x=0處的連續(xù)性.正確答案:[解]因?yàn)?/p>
所以g'(x)在x=0處連續(xù).
3.
求常數(shù)a,b使得在x=0處可導(dǎo).正確答案:[解]因?yàn)閒(x)在x=0處可導(dǎo),所以f(x)在x=0處連續(xù),從而有f(0+0)=2a=f(0)=f(0-0)=3b,
由f(x)在x=0處可導(dǎo),則3+2a=10+6b,解得
4.
設(shè)求f'(x)并討論f'(x)在x=0處的連續(xù)性.正確答案:[解]當(dāng)x≠0時(shí),
當(dāng)x=0時(shí),
故
因?yàn)?/p>
所以f'(x)在x=0處連續(xù).
5.
設(shè)函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,3]上連續(xù),在(0,3)內(nèi)可導(dǎo),且f(0)+f(1)+f(2)=3,f(3)=1.
證明:存在ξ∈(0,3),使得f'(ξ)=0.正確答案:[證明]因?yàn)閒(x)在[0,3]上連續(xù),所以f(x)在[0,2]上連續(xù),故f(x)在[0,2]取到最大值M和最小值m,顯然3m≤f(0)+f(1)+f(2)≤3M,即m≤1≤M,由介值定理,存在c∈[0,2],使得f(c)=1.
因?yàn)閒(x)在[c,3]上連續(xù),在(c,3)內(nèi)可導(dǎo),且f(c)=f(3)=1,根據(jù)羅爾定理,存在ξ∈(c,3)(0,3),使得f'(ξ)=0.
6.
設(shè)函數(shù)f(x)和g(x)在區(qū)間[a,b]上連續(xù),在區(qū)間(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且f(a)=g(b)=0,g'(x)<0,試證明存在ξ∈(a,b)使正確答案:[證明]令φ(x)在區(qū)間[a,b]上連續(xù),在區(qū)間(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且
因?yàn)棣?a)=φ(b)=0,所以由羅爾定理,存在ξ∈(a,b)使φ'(ξ)=0,即
由于g(b)=0及g'(x)<0,所以區(qū)間(a,b)內(nèi)必有g(shù)(x)>0,從而就有于是有
7.
設(shè)f(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo)(a>0),證明:存在ξ∈(a,b),使得
正確答案:[證明]令φ(x)=f(b)lnx-f(x)lnx+f(x)lna,φ(a)=φ(b)=f(b)lna.
由羅爾定理,存在ξ∈(a,b),使得φ'(ξ)=0.
而
所以即[解析]由,得,或[f(b)lnx-f(x)lnx+f(x)lna]'=0,輔助函數(shù)為φ(x)=f(b)lnx-f(x)lnx+f(x)lna.
8.
設(shè)f(x),g(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且g'(x)≠0.證明:存在ξ∈(a,b),使得
正確答案:[證明]令F(x)=f(x)g(b))+f(a)g(x)-f(x)g(x),則F(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且F(a)=F(b)=f(a)g(b),由羅爾定理,存在ξ∈(a,b),使得F'(ξ)=0,而F'(x)=f'(x)g(b)+f(a)g'(x)-f'(x)g(x)-f(x)g'(x),所以
[解析]這是含端點(diǎn)和含ξ的項(xiàng)的問題,且端點(diǎn)與含ξ的項(xiàng)不可分離,具體構(gòu)造輔助函數(shù)如下:把結(jié)論中的ξ換成x得,整理得
f'(x)g(b)+f(a)g'(x)-f'(x)g(x)-f(x)g'(x)=0,
還原得[f(x)g(b)+f(a)g(x)-f(x)g(x)]'=0,
輔助函數(shù)為F(x)=f(x)g(b)+f(a)g(x)-f(x)g(x).
9.
設(shè)f(x)在[0,1]上連續(xù),證明:存在ξ∈(0,1),使得.正確答案:[證明]令
因?yàn)棣?0)=φ(1)=0,所以由羅爾定理,存在ξ∈(0,1),使得φ'(ξ)=0.
而,故[解析]由,得,從而,輔助函數(shù)為
10.
設(shè)f(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且f(a)f(b)>0,.證明:存在ξ∈(a,b),使得f'(ξ)=f(ξ).正確答案:[證明]不妨設(shè)f(a)>0,f(b)>0,,令φ(x)=e-x(x),則
φ'(x)=e-x[f'(x)-f(x)].
因?yàn)棣?a)>0,,φ(b)>0,所以存在
使得φ(ξ1)=φ(ξ2)=0,由羅爾定理,存在ξ∈(ξ1,ξ2)(a,b),使得φ'(ξ)=0,
即e-ξ[f'(ξ)-f(ξ)]=0,因?yàn)閑-ξ≠0,所以f'(ξ)=f(ξ).
11.
設(shè)f(x)在[0,1]上連續(xù),在(0,1)內(nèi)可導(dǎo),且f(0)=f(1),證明:存在ξ,η∈(0,1),使得
f'(ξ)+f'(η)=0.正確答案:[證明]存在,使得
因?yàn)閒(0)=f(1),所以f'(ξ)=-f'(η),即f'(ξ)+f'(η)=0.
12.
設(shè)f(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo)(a>0).證明:存在ξ,η∈(a,b),使得
正確答案:[證明]令F(x)=x2,F(xiàn)'(x)=2x≠0(a<x<b),由柯西中值定理,存在η∈(a,b),使得,即,整理得,再由微分中值定理,存在ξ∈(a,b),使得,故.
13.
設(shè)f(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)二階可導(dǎo),連接點(diǎn)A(a,f(a)),B(b,f(b))的直線與曲線y=f(x)交于點(diǎn)C(c,f(c))(其中a<c<b).證明:存在ξ∈(a,b),使得f"(ξ)=0.正確答案:[證明]由微分中值定理,存在ξ1∈(a,c),ξ2∈(c,b),使得
因?yàn)辄c(diǎn)A,B,C共線,所以f'(ξ1)=f'(ξ2),
又因?yàn)閒(x)二階可導(dǎo),所以再由羅爾定理,存在ξ∈(ξ1,ξ2)(a,b),使得f"(ξ)=0.
14.
設(shè)f(x)在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)二階可導(dǎo),f(a)=f(b),且f(x)在[a,b]上不恒為常數(shù).證明:存在ξ,η∈(a,b),使得f'(ξ)>0,f'(η)<0.正確答案:[證明]因?yàn)閒(x)在[a,b]上不恒為常數(shù)且f(a)=f(b),所以存在c∈(a,b),使得f(c)≠f(a)=f(b),不妨設(shè)f(c)>f(a)=f(b),
由微分中值定理,存在ξ∈(a,c),η∈(c,b),使得
15.
設(shè)b>a>0,證明:正確答案:[證明]方法一令f(t)=lnt,由微分中值定理得,其中ξ∈(a,b).
因?yàn)?<a<ξ<b,所以,從而,即
方法二等價(jià)于b(lnb-lna)>b-a,令φ1(x)=x(lnx-lna)-(x-a),φ1(a)=0,φ'1(x)=lnx-lna>0(x>a).
由得φ1(x)>0(x>a),而b>a,所以φ1(b)>0,從而,同理可證.
16.
設(shè)f(x)在[a,b]上滿足|f"(x)|≤2,且f(x)在(a,b)內(nèi)取到最小值.證明:
|f'(a)|+|f'(b)|≤2(b-a).正確答案:[證明]因?yàn)閒(x)在(a,b)內(nèi)取到最小值,所以存在c∈(a,b),使得f(c)為f(x)在[a,b]上的最小值,從而f'(c)=0.
由微分中值定理得,其中ξ∈(a,c),η∈(c,b),
兩式取絕對(duì)值得
兩式相加得|f'(a)|+|f'(b)|≤2(b-a).
17.
設(shè)f(x)在[0,1]上二階連續(xù)可導(dǎo)且f(0)=f(1),又|f"(x)|≤M,證明:正確答案:[證明]由泰勒公式得
兩式相減得
取絕對(duì)值得
因?yàn)閤2≤x,(1-x)2≤1-x,所以x2+(1-x)2≤1,故
18.
設(shè)函數(shù)f(x),g(x)在[a,+∞)上二階可導(dǎo),且滿足條件f(a)=g(a),f'(a)=g'(a),f"(x)>g"(x)(x>a).證明:當(dāng)x>a時(shí),f(x)>g(x).正確答案:[證明]令φ(x)=f(x)-g(x),顯然φ(a)=φ'(a)=0,φ"(x)>0(x>a).
由得φ'(x)>0(x>a);
再由得φ(x)>0(x>a),即f(x)>g(x).
19.
證明:當(dāng)x>0時(shí),x2>(1+x)ln2(1+x).正確答案:[證明]令f(x)=x2-(1+x)ln2(1+x),f(0)=0;
f'(x)=2x-ln2(1+x)-2ln(1+x),f'(0)=0;
由得f'(x)>0(x>0);
由得f(x)>0(x>0),即x2>(1+x)ln2(1+x)(x>0).
20.
證明不等式:正確答案:[證明]令,f(0)=0,令,得x=0,因?yàn)椋詘=0為f(x)的極小值點(diǎn),也為最小值點(diǎn),而f(0)=0,故對(duì)一切的x,有f(x)≥0,即.
21.
求的極值.正確答案:[解]令y'=(1-x)arctanx=0,得x=0或x=1,,因?yàn)閥"(0)=1>0,,所以x=0為極小值點(diǎn),極小值為y=0;x=1為極大值點(diǎn),極大值為
22.
設(shè)PQ為拋物線的弦,它在此拋物線過P點(diǎn)的法線上,求PQ長(zhǎng)度的最小值.正確答案:[解]令P,因?yàn)殛P(guān)于y軸對(duì)稱,不妨設(shè)a>0.
,過P點(diǎn)的法線方程為,
設(shè),因?yàn)镼在法線上,所以,解得
PQ的長(zhǎng)度的平方為
由得為唯一駐點(diǎn),從而為最小點(diǎn),
故PQ的最小距離為
23.
證明:當(dāng)0<x<1時(shí),(1+x)ln2(1+x)<x2.正確答案:[證明]令f(x)=x2-(1+x)ln2(1+x),f(0)=0;
f'(x)=2x-ln2(1+x)-2ln(1+x),f'(0)=0;
由得f'(x)>0(0<x<1);
再由,得f(x)>0(0<x<1),
故當(dāng)0<x<1時(shí),(1+x)ln2(1+x)<x2.
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