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1 中值定理题型 题型一 : 中值定理中关于 θ 的问题 例题 设 rt C[ ] θ 求 limθ 解答 由 θ 得 rt rt θ 解得 θ rt rt rt lim θ lim lim lim rt 于是 lim θ 例题 设 二阶连续可导 且 又 h θh h < θ < 证明 : lim θ h 解答 由泰勒公式得 h h h! 其中 位于 与 h 之间 于是 θh h h h! 或 θh θh h 从而有 θ θh 两边取极限再由二阶连续可导得 lim θ h 题型二 : 证明 常见思路 : 罗尔定理 ; 极值法 ; 泰勒公式 例题 设 C[] 在 内可导 且 证明 : 存在 使得 解答 因为 C[] 所以 在 [] 上取到最小值 m 和最大值 M 由 m M 得 m M 由介值定理 存在 [] 使得 因为 所以由罗尔定理 存在 使得 例题 设 在 [ ] 上三阶可导 令 H 证明 : 存在

2 使得 H 解答 由 H H 存在 使得 H 因为 H 所以 H 再由罗尔定理 存在 得 H 使 因为 H 6 6 所以 H 由罗尔定理 存在 使得 H 题型三 : 证明 C 思路 : 高阶导数具有连续性 ; 辅助函数构造 例题 设 C[ ] 在 内二阶连续可导 证明 : 存在 使得 4 解答 由泰勒公式得!! 两式相加得 4 因为 C[ ] 所以 在 ] 上有最小值 m 和最大值 M [ 显然 m M 由介值定理 存在 ] 使得 [ 于是 4 例题 设 在 [ ] 上三阶连续可导 且 证明 : 存 在 使得 解答 由泰勒公式得

3 !! 两式相减得!! [ ] 即 6 6 因为 C[ ] 所以 在 ] 上取到最小值 m 和最大值 M 由 [ m M 得 m M 由介值定理 存在 ] 使得 [ 例题 设 < < < 为 个不同的实数 函数 在 ] 上有 阶导数 并 [ 满足 则对每个 ] 存在 满足等式! 解答 [ 当 i i 时 任取 结论显然成立 ; 当 i i 时 等价于!! k!! 令 k 则有 ϕ 显然 ϕ 有 令! k 个不同零点 不断使用罗尔定理 存在 而! k! ϕ 所以 k 使得! 即 所以结论成立 ϕ 题型四 : 结论中含一个中值 不含 导数的差距为一阶

4 例题 设 C[] 在 内可导 且 d 证明 : 存在 使得 解答 令 ϕ 由积分中值定理得 d 其中 [ ] 即 于是有 ϕ ϕ 由罗尔定理 存在 使得 ϕ 而 ϕ 所以 注意到 所以有 例题 设 C[ ] 在 内可导 且 证明 : 存在 使得 ϕ 因为 解答 令 由罗尔定理 存在 使得 ϕ 所以 ϕ ϕ 于是有 例题 设 C[] 在 内可导 且 证明 : 存在 使得 ; 对任意的实数 k 存在 使得 k[ ] 解答 令 h h h h 因为 h h < 所以存在 使得 h 即 k 令 h 使得 ϕ 因为 h h 所以由罗尔定理 存在 ϕ 于是 k[ ] 题型五 : 含两个中值 η 的问题 例题 设 在 [ ] 上连续 在 内可导 且 证明 : 存在 η 4

5 使得 解答 η η 令 F F 由柯西中值定理 存在 η 使得 F F η η 即 η F η 于是有 η η 再由拉格朗日中值定理 存在 使得 故原结论成立 例题 设 在 [ ] 上连续 在 内可导 证明 : 存在 η 使得 η η η 解答 令 ϕ 由拉格朗日中值定理 存在 η 使得 ϕ ϕ η ϕ η 即 [ η η] 再由拉格朗日中值定理 存在 使得 所以原结论成立 例题 设 C[] 在 内可导 且 证明 : 对任意的正数 存在 η 使得 η 解答 因为 < < 所以存在 使得 由拉格朗日中值定理 存在 η 使得 η 整理得结论 例题 4 设 C[ ] 在 内可导 证明 : 存在 使 解答 令 F F 由柯西定理 存在 使得 5

6 6 于是 令 F F 由柯西定理 存在 使得 于是 再由拉格朗日中值定理 存在 使得 故原结论成立题型六 : 含 及中值 的问题情形一 : 与 可分离 例题 设 < > 证明 : 存在 使得 解答 等价于 或 令 F F 由柯西中值定理 存在 使得 F F F 整理得 情形二 : 与 不可分离 例题 设 ] [ 在 内可导 且 证明 : 存在 使得 解答 等价于 令 F 因为 F F 所以由罗尔定理 存在 使得 F 整理

7 得 题型七 : 杂例 例题 设 在 [ ] 上二阶可导 且 > 证明 : 存在 使得 存在 使得 解答 设 > > 由 > 存在 使得 > ; 由 > 存在 使得 < 因为 所以存在 使得 < 令 ϕ 因为 所以 ϕ ϕ 使得 ϕ 由罗尔定理 存在 ϕ ϕ 而 ϕ [ ] 且 所以有 令 F [ ] 因为 F F 所以由罗尔定理 存在 使得 F 而 F [ ] 且 所以有 题型八 : 二阶保号性问题 注解 中值定理问题中若出现条件 > 或 < 则通常有如下两种思路 : 思路一 : 设 > < 则 单调增加 单调减少 例题 设 在 [ 上连续 且 > 证明 : 对任意的 > > 有 < 证明 不妨设 由微分中值定理得 其中 < < 其中 < < 7

8 因为 > 且 < 所以 < 从而 < 于是 < 例题 设 且 lim 讨论 是否是极值点? 设 讨论 是否是拐点? 解答 因为 lim > 所以由极限的保号性 存在 δ > 当 < < δ 时 > 因为 > 所以 > 从而 单调增加 又因为 所以当 δ 时 < ; 当 δ 时 > 于是 为极小点 由 > 得 lim lim > 根据极限的保号性 存在 δ > 当 < < δ 时 > 当 δ 时 < ; 当 δ 时 > 故 是拐点 例题 设 在 [ 上满足 : > 证明函数 内有且仅有一个零点 解答 因为 > 所以 单调增加 又因为 所以 从而当 > 时 其中 < < 于是 由极限的保号性 lim 再由 < 得 至 少有一个零点由 > 得 单调增加 故零点是唯一的 思路二 : 使用泰勒中值定理得到一个重要不等式 定理设 在 [ ] 上二阶可导 则有 若 > 则 等号成立当且仅当 ; 若 < 则 等号成立当且仅当 例题 4 设 C[ ] 且 > 取 [ ] i 设 > i i k i 在 8

9 且 k k k 证明 : k k k k k k 解答 令 k k k 因为 > 所以 于是 k k k k k k 故 k k k 相加得 k k k 例题 5 设 C > 且 lim 证明 : 解答 由 lim 得 因为 > 所以 取 则有 题型九 : 中值定理证明不等式问题 例题 C[ ] 在 内可导 且 不是常数 证明 : 存 在 使得 > 解答 因为 且 不为常数 所以存在 使得 不 妨设 > 由拉格朗日中值定理 存在 使得 > 例题 设 C[ ] 在 内可导 且曲线 y 非直线 证明 : 存在 使得 > 解答 过端点的直线为 y 令 ϕ 所以存在 使得 ϕ 不妨设 ϕ > ϕ 显然 ϕ 因为 不为直线 9

10 由拉格朗日中值定理 存在 使得 ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ > ϕ < 而 ϕ 所以 > < 若 则 > ; 若 < 由 < 得 > 取 例题 C[ ] 在 内二阶可导 且 > 证明 : 存在 使得 < 解答 由 > 存在 使得 > 由拉格朗日中值定理 存在 使得 > < 再由拉格朗日中值定理 存在 使得 < 例题 4 设 在 [ ] 上满足 且 在 内取到最小值 证明 : 解答 因为 在 内取最小值 所以存在 使得 由拉格朗日中值定理 存在 使得 即 最小 于是 取绝对值得 两式相加得结论 例题 5 设 C[] 在 内可导 且 mi 证明 : 存在 使得 8 解答 因为 mi 所以存在 使得 且

11 由泰勒公式得! 其中! 其中 于是有 当 ] 时 8 ; 当 时 8 例题 6 设 在 [ ] 上二阶可导 且 对任意的 证明 : 解答 由泰勒公式得!! 两式相减得 [ ] 或 [ ] 取绝对值得 [ ] [ ] 因为 所以 于是 故 例题 7 一车从开始启动 速度为零 到刹车停止用单位时间走完单位路程 证明至少有一个时间点其加速度的绝对值不小于 4 解答 设物体的运动规律为 S St 显然 S S S S 由泰 勒公式得 S S S! 4 两式相减得 S S S! 4

12 S S 取绝对值得 S S 8 8 当 S S 时 S 4 ; 当 S < S 时 S 4 例题 8 设 在 [ ] 上二阶可导 且 证明 : 存在 得 4 / 解答 由泰勒公式得! 两式相减得! [ ] 取绝对值得 8 [ ] 8 使 若 时 若 < 时 4 ; 4 4 例题 9 设 在 的邻域内四阶可导 且 M M > 任一不同于 的 有 证明 : 对此邻域内 M 其中 是 关于 的对称点 解答 由泰勒公式得!! 4! 4 4 其中 介于 与 之间 ;

13 !! 4! 4 4 其中 介于 与 之间 两式相加得 [ ] 于是有 M 例题 设 在 [ ] 上二阶可导 且 [] 有 解答 由泰勒公式得! 两式相减得! [ ] 于是 [ ] 极值 凹凸性 渐近线题型 证明 : 对任意的 一 选择题 设 在 处二阶可导 且 lim 则 A 是 的极大值 B 是 的极小值 C 是曲线 y 的拐点 D 不是 的极值点 也不是曲线 y 的拐点 解答 由 lim 得 于是 再由 lim 得 lim[ ]

14 于是 > 故 为 的极小点 选 B 设 二阶连续可导 lim 则 A 是 B 是 的极小值 的极大值 C 是曲线 y 的拐点 D 不是函数 的极值点 也不是曲线 y 解答 因为 lim > > < δ 于是 > δ 所以由极限保号性 存在 > 的拐点 δ 当 < < δ 时 故 为极小点 选 A 设 二阶连续可导 且 lim 则 A 是 的极小值 B 是 的极大值 C 是曲线 y 的拐点 D 是 的驻点但不是极值点 解答 因为 lim < 所以由极限的保号性 存在 δ > 当 < < δ 时 > δ < 故有 于是 为曲线的拐点 选 C < δ 4 设 k > 则函数 l k 的零点个数为 A B C D 解答 令 得 因为 < 所以 为 内的最大点 最大值为 M k > 在 因为 lim lim 所以 有两个零点 选 C 5 曲线 y 的渐近线的条数为 A B C D 解答 因为 lim 所以曲线没有水平渐近线 ; 4

15 由 lim lim 得曲线有两条铅直渐近线 ; y 由 lim lim y lim lim[ 选 D ] 得曲线有斜渐近线 y 故曲线有 条渐近线 二 与极值 最值相关的命题 设 在 [ ] 内二阶可导 满足 且 < 证明 : [ ] 解答 若 不恒为零 则至少存在 使得 不妨设 > 则 在 内取到最大值 存在 使得 M > 且 代入 关系式得 > 又是极小点 矛盾同理若 < 则最小值在区间内 部达到 也矛盾 所以 [ ] 求数列{ 中的最大者 解答 } 令 l l l 令 得 当 时 > ; 当 > 时 < 故 为 在 内的最大点 故数列最大项为 或 因为 所以最大项为 三 不等式的证明问题 设 < > 证明 : 当 > 时 < 解答 令 F 则 F F F > > F 由 得 F > > ; F > > 5

16 F 由 得 F > > 故 > > F > > 证明: l 解答 令 l l > < < 由 得 > > > 于是 故 l 证明: 当 > 时 有 l 解答 令 l 为 的最小点 而 所以 l l l < 于是有 > > 为 的最小点 而 所以 故 < 由 得 > > > 结论成立 于是 4 设 > > 证明 : l > 解答 原不等式的等价不等式为 为 的最小点 而 所以有 l l > 令 l l l l l l > > 由 得 > > 再由 得 > > > > > > 6

17 因为 > 所以 > 故结论成立 5 当 > 时 证明 : rt l 解答 由柯西中值定理 rt rt rt l l l < < 于是原不等式等价于 令 得 由第一充分条件得 令 为 的最大点 最大值为 M 则 所以原结论成 立 四 方程根的个数讨论 讨论方程 > 的根的个数 解答 令 ϕ 令 ϕ 得 由第一充分条件得 为 最大点 最大值为 M ϕ 当 M < 即 > 时 方程无解 ; 当 M 即 时 方程有且仅有一个解 ; 当 M > 即 < < 时 因为 lim ϕ lim ϕ < 所以方程 有且仅有两个根 设[ 内有 且 证明 : 在 内有且 仅有一个根 解答 因为 所以 单调不减 又因为 所以 由拉格朗日中值定理 < < 于是有 或 则 lim 又因为 < 所以方 7

18 程 至少有一个根 又 > 严格增加 故方程的根是唯一的 π 证明方程 l d os 在 内有且仅有两个根 解答 π os d π π os d π si d 原方程化为 l π os d 令 l > 令 得 因为 < 所以 为最大点 最大值为 M > 又因为 lim lim 所以方程有且仅有两个根 8

三 判断题 ; ; ; ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; ; ; ; ; ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; ; ; ; ; ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; ;. 四 计算题 : 解 : 函数的定义域 (-,+) y ( )( ) ( y ) 令 y 得 =, = -

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