在数学分析的考研试题中,a卷往往以基础理论题和计算题为主,旨在考查考生对基本概念、定理的理解和应用能力。以下是一例:
题目: 设函数 \( f(x) = \frac{1}{1+x^2} \) 在区间 \([-1,1]\) 上连续,求证:存在 \(\xi \in (-1,1)\),使得 \( f'(\xi) = \frac{2}{\pi} \)。
解答思路:
1. 利用罗尔定理,首先证明 \( f(x) \) 在 \([-1,1]\) 上可导,且 \( f(-1) = f(1) \)。
2. 根据罗尔定理,存在 \(\eta \in (-1,1)\),使得 \( f'(\eta) = 0 \)。
3. 利用拉格朗日中值定理,证明存在 \(\xi \in (\eta,1)\) 或 \(\xi \in (-1,\eta)\),使得 \( f'(\xi) = \frac{2}{\pi} \)。
详细解答:
1. 函数 \( f(x) \) 在 \([-1,1]\) 上连续,且 \( f'(x) = -\frac{2x}{(1+x^2)^2} \) 在 \([-1,1]\) 上可导,因此 \( f(x) \) 在 \([-1,1]\) 上可导。
2. \( f(-1) = \frac{1}{1+(-1)^2} = \frac{1}{2} \),\( f(1) = \frac{1}{1+1^2} = \frac{1}{2} \),所以 \( f(-1) = f(1) \)。
3. 根据罗尔定理,存在 \(\eta \in (-1,1)\),使得 \( f'(\eta) = 0 \)。
4. 由于 \( f'(x) \) 在 \((\eta,1)\) 和 \((-1,\eta)\) 上单调递减,且 \( f'(\eta) = 0 \),所以存在 \(\xi \in (\eta,1)\) 或 \(\xi \in (-1,\eta)\),使得 \( f'(\xi) = \frac{2}{\pi} \)。
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