有
ξ,有a,b的题型解题的一般步骤
当遇到有
ξ 和a,b的题型一般分为两种情况讨论:
1.a,b可与
ξ 分离
2.a,b不能与
ξ 分离
a,b可与
ξ 分离的一般解题步骤
1.先将a,b与
ξ 分离,a,b侧分两种形式:
如果a,b侧为这种形式:b−af(b)−f(a)则使用拉格朗日中值定理
如果a,b侧为这种形式:g(b)−g(a)f(b)−f(a)则使用柯西中值定理
2.构造辅助函数,使非
a,b侧的ξ还原
3.使用拉格朗日或柯西定理与辅助函数结合得证
例题:
f(x) ∈ C[0,1],在(0,1)内可导,a>0,证明∋ξ∈(a,b).f(b)−f(a)=ξf′(ξ)lnab
解:
1° 先将a,b与
ξ 分离
利用公式
lnab=lnb−lna将要证的结论的式子变为
f(b)−f(a)=ξf′(ξ)(lnb−lna)
把
(lnb−lna)移至左边得:
lnb−lnaf(b)−f(a)=ξf′(ξ)
发现a,b侧是属于
g(b)−g(a)f(b)−f(a)的形式,所以使用柯西定理。
2° 构造辅助函数,将
ξ 还原
令
g(x)=lnx.⇒g′(x)=x1̸=0
3° 根据柯西中值定理可得:
∋ξ(a,b)使g(b)−g(a)f(b)−f(a)=g′(ξ)f′(ξ)
与2°
中的g(x)和g′(x)结合可得
ln(b)−ln(a)f(b)−f(a)=ξ1f′(ξ)
最后把a,b移回去得证
f(b)−f(a)=ξf′(ξ)lnab
a,b不可与
ξ 分离的一般解题步骤
1°先将
ξ改成x
2°去分母,移项。让式子变成
θ=0的形式,再将式子还原成
(Δ)′=0的形式
3°令
φ(x)=Δ作为辅助函数
例题:f(x),g(x)∈C[a,b],(a,b)内可导,g′(x)̸=0(a<x<b).求证:∃ξ∈(a,b),使g(b)−g(ξ)f(ξ)−f(a)=g′(ξ)f′(ξ)
1.把
ξ改成x,交叉相乘并移项可得
f(x)g′(x)−f(a)g′(x)−f′(x)g(b)+f′(x)g(x)=0
第一项和第四项可以直接还原成
[f(x)g(x)]′,第二项和三项分别还原:
[f(x)g(x)−f(a)g(x)−g(b)f(x)]′=0
2.构造辅助函数,令
φ(x)=f(x)g(x)−f(a)g(x)−g(b)f(x)
3.代入区间端点a,b:
φ(a)=f(a)g(a)−f(a)g(a)−g(b)f(a)=−g(b)f(a)
φ(b)=f(b)g(b)−f(a)g(b)−g(b)f(b)=−g(b)f(a)
4.发现
φ(a)=φ(b)果断使用罗尔定理
∵φ(a)=φ(b)
∴∃ ξ∈(a,b)使φ′(ξ)=0
于是
φ′(ξ)=f′(ξ)g(ξ)+f(ξ)g′(ξ)−f(a)g′(ξ)−g(b)f′(ξ)=0
整理得证
g(b)−g(ξ)f(ξ)−f(a)=g′(ξ)f′(ξ)