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习题解答
习题4.1
1.验证罗尔定理对函数在区间上的正确性.
解:因为在区间上连续??在内可导??且,所以由罗尔定理知??至少存在一点??使得.
而知,?由连续函数的介值定理知,确实存在使得.
2.函数在区间上是否满足柯西中值定理的条件?若满足条件,求出定理中的.
解容易验证在区间上满足柯西中值定理的条件.
又,而,即
,化简上式得:,故
3.不用求出函数的导数,说明方程有几个根?并指出它们所在的区间.
(1)
解由于f(x)在(-∞,+∞)内连续、可导,且f(0)=f(1)=f(2)=f(3)=0
所以f(x)在[0,1]、[1,2]、[2,3]上满足罗尔定理条件
因此存在、、,为的根.
由于得最高次数为3,
因此只有三个根,分别在(0,1),(1,2),(2,3)内.
(2)
解容易验证在区间上满足罗尔定理的条件,因此存在为的根(无数个);其中
4.设实数满足,证明方程在内至少有一个实根.
证明:作辅助函数,则在上连续,在内可导,且,.所以满足罗尔定理的条件.又,由罗尔定理知??至少存在一点使得.即方程在内至少有一个实根.
5.利用中值定理证明下列不等式:
(1);
证明(1)设??则f(x)在[b??a]上连续??在(b??a)内可导??由拉格朗日中值定理??存在??(b??a)??使
f(a)?f(b)?f?(?)(a?b)??即??
而??所以?.
(2);
证明(?)设f(x)?lnx??则f(x)在[a??b]上连续??在(a??b)内可导??由拉格朗日中值定理??存在??(a??b)??使
f(b)?f(a)?f?(?)(b?a),???即??
因为,所以,所以.
(3);
证明(3)设??则在上连续??在内可导??由拉格朗日中值定理??存在????使
??
即??
而?????????????
所以?????.
(4).
证明(4)设??则在上连续??在内可导??由拉格朗日中值定理??存在????使
,即:,
因为,所以,从而
所以.
6.证明:
证明设,因为
?
?所以??其中C是一常数?
取
又
因此.
7.若函数在区间内具有二阶导数,且,其中,证明:至少存在一点,使得.
证明:由题意可知在区间上连续??在内可导,且.由罗尔定理,存在??使.类似地也存在??使.进一步,可知在区间上满足罗尔定理条件,因此存在,使得.
8.设函数在闭区间上满足罗尔定理的条件,且不恒等于常数,证明:在内至少存在一点,使得.
证明:因为,且不恒等于常数,所以至少存在一点,使得.不妨设,显然在闭区间上满足拉格朗日中值定理,于是至少存在一点,使得
.
同理可证得情形.
9.f(x)在[a,b]上连续,(a,b)内可导,且f(a)=f(b)=0.试证:在内至少存在一点,使得.
证明:设,显然F(x)在[a,b]上连续,(a,b)内可导,且F(a)=F(b)=0,由罗尔定理,至少存在一点,使得,即,从而.
10.证明:若函数在内满足关系式,且,那么.
证明:作辅助函数,易见在内连续可导,并且
,
所以??其中C是一常数,即,.又由知.所以
.
习题4.2
1.利用罗必达法则求下列极限:
(1);
解:原式==.
(2);
解:原式==.
(3);
解:原式====.
(4);
解:原式===.
(5);
解:原式==-∞.
(6)
解:原式=
===.
(7)
解:原式==
=.
(8)
解:原式==.
(9);
解:原式==2.
(10)
解:原式====
(11);
解:原式==
===.
(12);
解:原式==,又
.
所以,原式==.
(13);
解:原式==,又
,
所以,原式=.
(14);
解:原式==,又
=
===,
所以,原式==
(15);
解:原式==,又
,
所以,原式=
(16);
解:原式==
.
(16);
解:原式==,又
,
所以,原式=.
(18);
解:原式==
=e-1.
(19);
解:原式==
.
2.问与取何值时,有.
解:
因为极限为0,所以当x→0时,分子极限为0,故3+a=0,a=-3,
进一步
,得
3.验证极限存在,但不能用罗必达法则计算出来.
解:原式==,所以,极限存在.但是
=
不存在,不能用罗必达法则.
4.设,其中具有二阶导数
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