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《高等数学》关于罗尔定理的题型中辅助函数的求法(附三个例题)

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在高等数学中,罗尔定理是用来推导两大微分中值定理-拉格朗日中值定理和柯西中值定理的。但是考察罗尔定理题目却比两大微分中值定理的题目更常见和常考。因此,我们一定要会用罗尔定理。

下面是罗尔定理的内容(来自同济六版《高等数学》)

学高数的同学们都知道,关于罗尔定理的题目,要证明的一般都是:存在一点ξ∈某个开区间,使得某个等式(此等式可看做是关于ξ的微分方程)成立。

而证明时,需要设一个辅助函数,然后对这个辅助函数应用罗尔定理,那么这个辅助函数怎么设呢?

以前我学习《数学分析》时,老师没讲怎么求,故每次碰到这种题,我都是按照后面那个ξ的等式猜一个,再求导试一试,很耽误时间。后来,做题做多了,我就发现原来辅助函数是可以求出来的。

下面以一个简单的题目为例,来展示求辅助函数的方法。

例题:设f(x)在[0,a]上连续,在(0,a)内可导,且f(a)=0,证明存在一点ξ∈(0,a),使f(ξ)+ξf'(ξ)=0.

下面求辅助函数:

将等式f(ξ)+ξf'(ξ)=0中的ξ换成x,即变成关于x的微分方程f(x)+xf'(x)=0,解此方程,即

f'(x)=-f(x)/x,

df(χ)/f(x)=-dx/x,

㏑|f(x)|=-㏑|x|+㏑|C|,

得f(x)=C/x,即C=xf(x)

所以辅助函数可设为F(x)=xf(x).

此题的证明过程如下所示:

设F(x)=xf(x),则显然F(x)在[0,a]上连续,在(0,a)内可导,且F(0)=0,F(a)=af(a)=0,故由罗尔定理得,存在一点ξ∈(0,a)使F'(ξ)=0,即f(ξ)+ξf'(ξ)=0,得证.

温馨提示:求辅助函数的过程尽量在草稿纸上进行,答题时开头直接写设辅助函数为~~

下面是三个关于罗尔定理的应用题目。

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