设f(x)在[-a,a](a>0)上有四阶连续的导数,f(x)/x3存在. 证明:存在ξ1,ξ2∈[-a,a],使得a5f(4)(ξ1)=60∫-aaf(x)dx,a4f(4)(ξ1)=120f(ξ2).

admin2018-05-21  10

问题 设f(x)在[-a,a](a>0)上有四阶连续的导数,f(x)/x3存在.
证明:存在ξ1,ξ2∈[-a,a],使得a5f(4)1)=60∫-aaf(x)dx,a4f(4)1)=120f(ξ2).

选项

答案上式两边积分得∫-aaf(x)dx=1/24∫-aaf(4)(ξ)x4dx. 因为f(4)(x)在[-a,a]上为连续函数,所以f(4)(x)在[-a,a]上取到最大值M和最小值m,于是有mx4≤f(4)(ξ)x4≤Mx4, 两边在[-a,a]上积分得2m/5a5≤∫-aaf(4)(ξ)x4dx≤2M/5a5, 从而ma5/60≤1/24∫-aaf(4)(ξ)x4dx≤Ma5/60,或ma5/60≤∫-aaf(x)dx≤Ma5/60, 于是m≤60/a5-aaf(x)dx≤M, 根据介值定理,存在ξ1∈[-a,a],使得f(4)1)=60/a5-aaf(x)dx,或a5f(4)1)=60∫-aaf(x)dx. 再由积分中值定理,存在ξ2∈[-a,a],使得 a5f(4)1)=60∫-aaf(x)dx=120af(ξ2),即a4f(4)1)=120f(ξ2).

解析
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