高等數(shù)學:微分中值定理與導數(shù)的應用題選(4)

1.設函數(shù)f(x)x_0處有n階導數(shù),且f'(x_0)=f''(x_0)=\cdots=f^{(n-1)}(x_0)=0,f^{(n)}\neq 0,證明:

(1)當n為奇數(shù)時,f(x)在x_0處不取得極值

(2)當n為偶數(shù)時,f(x)在x_0處取得極值,且當f^{(n)}(x_0)\lt 0時,f(x_0)為極大值,當f^{(n)}(x_0)\gt 0時,f(x_0)為極小值

證:

f(x)在x_0處帶Peano余項的n階泰勒展開式為

f(x)=f(x_0)+{f^{(n)}(x_0)\over n!}(x-x_0)^n+o((x-x_0)^n)

即f(x)-f(x_0)={f^{(n)}(x_0)\over n!}(x-x_0)^n+o((x-x_0)^n)

(1)n為奇數(shù)時

{f^{(n)}(x_0)\over n!}(x-x_0)^n在x_0兩側(cè)異號

\therefore f(x)-f(x_0)在x_0兩側(cè)異號

\therefore f(x)在x_0處不取得極值

(2)n為偶數(shù)時

(x-x_0)^n\gt 0,若{f^{(n)}(x_0)\over n!}\lt 0,則f(x)-f(x_0)\lt 0,即f(x_0)為極大值

若{f^{(n)}(x_0)\over n!}\gt 0,則f(x)-f(x_0)\gt 0,即f(x_0)為極小值


2.設常數(shù)k\gt 0,函數(shù)f(x)=lnx-{x\over e}+k(0,+\infty)內(nèi)有多少零點

解:

f'(x)={1\over x}-{1\over e}

令f'(x)=0得駐點x=e

當0\lt x\lt e時,f'(x)\gt 0,f(x)在(0,e)上單調(diào)遞增

當e\lt x\lt +\infty時,f'(x)\lt 0,f(x)在(e,+\infty)上單調(diào)遞減

又\lim\limits_{x\to 0^+}f(x)=-\infty,\lim\limits_{x\to +\infty}f(x)=-\infty,f(e)=k\gt 0

\therefore f(x)在(0,e)和(e,+\infty)內(nèi)均有且僅有一個根


3.設\lim\limits_{x\to \infty}f'(x)=k,求\lim\limits_{x\to \infty}[f(x+a)-f(x)]

解:

\because f'(x)存在

\therefore f(x)是連續(xù)函數(shù)

由Lagrange定理知

\exists \xi\in(x,x+a),或(x+a,x),使得

f(x+a)-f(x)=f'(\xi)a,其中\(zhòng)xi介于x與x+a之間

x\to +\infty時,\xi\to +\infty

\therefore \lim\limits_{x\to \infty}[f(x+a)-f(x)]=\lim\limits_{x\to \infty}af'(\xi)=a\lim\limits_{x\to \infty}f'(\xi)=ak


4.設a_0+{a_1\over 2}+\cdots+{a_n\over n+1}=0,證明多項式f(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_nx^n在(0,1)內(nèi)至少有一個零點

解:

設F(x)=a_0x+{1\over 2}a_1x^2+{1\over 3}a_2x^3+\cdots+{1\over n+1}a_nx^{n+1}

F(x)在[0,1]上連續(xù),在(0,1)內(nèi)可導

F(0)=0,F(1)=a_0+{a_1\over 2}+\cdots+{a_n\over n+1}=0

由Rolle定理知,

\exists \xi\in (0,1),使F'(\xi)=0

又F'(x)=f(x)=a_0+a_1x+\cdots+a_nx^n

\therefore f(x)在(0,1)內(nèi)至少有一個零點


5.設f(x)在[0,a]上連續(xù),在(0,a)內(nèi)可導,且f(a)=0,證明存在一點\xi\in(0,a),使f(\xi)+\xi f'(\xi)=0

解:

設F(x)=xf(x),則F(x)在[0,a]上連續(xù),在(0,a)內(nèi)可導

且F(0)=F(a)=0

由Rolle定理知,

\exists\xi\in (0,a),使F'(\xi)=0

即f(\xi)+\xi f'(\xi)=0


6.\lim\limits_{x\to 1}{x-x^x\over 1-x+lnx}

解:

(x{x-1})'=[e{(x-1)lnx}]'=x^{x-1}(lnx+{x-1\over x})$

原式=\lim\limits_{x\to 1}{1-x^{x-1}\over {lnx+1\over x}-1}

\lim\limits_{x\to 1}{-x^{x-1}(lnx+{x-1\over x})\over {1-(lnx+1)\over x^2}-1}

\lim\limits_{x\to 1} x^{x+1}(1+{x-1\over xlnx})

1+\lim\limits_{x\to 1}{1\over 1+lnx})=2


7.\lim\limits_{x\to 0}[{1\over ln(1+x)}-{1\over x}]

解:

原式=\lim\limits_{x\to 0}[{x-ln(1+x)\over xln(1+x)}]

=\lim\limits_{x\to 0}[{x-ln(1+x)\over x^2}]

=\lim\limits_{x\to 0}[{1-{1\over 1+x}\over 2x}]

=\lim\limits_{x\to 0}[{1\over 2(1+x)}]={1\over 2}

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