這是一道關于羅爾中值定理最基礎的應用題目。有些同學剛學羅爾中值定理,可能能夠記得它的内容,甚至也能理解,但是就是不知道該怎麼用,那麼學這道題就對了,它會從正反兩個方面,給你演示羅爾中值定理是怎麼應用的。我們來看題吧:
試讨論下列函數在指定區間内是否存在一個點ξ,使f’(ξ)=0.
(1)f(x)={xsin(1/x), 0<x<=1/π;0, x=0}; (2)f(x)=|x|, -1<=x<=1.
如果你不知道該怎麼做,就先複習一下羅爾中值定理的内容:
若函數f滿足如下條件:
1)f在閉區間[a,b]上連續;
2)f在開區間(a,b)内可導;
3)f(a)=f(b),
則在(a,b)内至少存在一點ξ,使得f’(ξ)=0.
很明顯,函數(1)對應定理中的區間是[0,1/π]和(0,1/π);而函數(2)對應定理中的區間是[-1,1]和(-1,1).
首先我們要看看它們在各自的閉區間上是否連續,在各自的開區間上是否可導,即檢驗條件1和條件2.
這兩個函數其實都是分段函數,每段函數都是初等函數,根據初等函數在定義域内都是連續函數,可知,兩個函數在對應的閉區間上都是連續的。
而函數(1)在(0,1/π)上可導,它的導函數是f'(x)=sin(1/x)-cos(1/x) /x,其實解這道題并不需要求導,隻要知道它可導就行了。而函數(2)在x=0是不可導的。所以函數(1)符合羅爾中值定理的前兩個條件,函數(2)不符合羅爾中值定理的條件2. 不過不符合條件2并不能說明就一定不存在一點ξ,使得f’(ξ)=0,隻能說不一定存在。
不過由于函數(2)在(-1,0)U(0,1)上的導數值不是-1, 就是1,因此,這個點的确是不存在的。
接下來檢驗函數(1)的條件3. 不難檢驗得到f(0)=f(1/π)=0,因此函數(1)符合羅爾中值定理的所有條件,所以函數(1)就在(0,1/π)上存在一點ξ,使得f’(ξ)=0. 函數(2)就沒有必要檢驗條件3了。
接下來組織解題過程:
解:(1)f(x)在[0,1/π]上連續,在(0,1/π)上可導, 且有f(0)=f(1/π)=0,
由羅爾中值定理知,存在一點ξ∈(0,1/π),使得f’(ξ)=0.
(2)f(x)在[-1, 1]上連續,但在(-1,1)内x=0上不可導,
∴不一定存在一點ξ∈(-1,1),使f’(ξ)=0.
又 f'(x)={1, x>0; -1, x<0},∴不存在一點ξ∈(-1,1),使f’(ξ)=0.
怎麼樣?是不是很簡單,一看就會啊!
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