考研数学分析原题答案如下:
题目:设函数f(x)在区间[a, b]上连续,证明:存在一点ξ∈(a, b),使得f(ξ) = (f(a) + f(b))/(2).
解答:
由题意知,函数f(x)在区间[a, b]上连续,根据闭区间上连续函数的性质,f(x)在[a, b]上必定存在最大值M和最小值m。
假设f(x)在区间[a, b]上取得最大值M的点为x1,取得最小值m的点为x2,则x1, x2∈(a, b)。
根据拉格朗日中值定理,存在ξ1∈(a, x1)和ξ2∈(x2, b),使得:
f'(ξ1)= (f(x1) - f(a))/(x1 - a)
f'(ξ2)= (f(b) - f(x2))/(b - x2)
由于f(x)在区间[a, b]上连续,f(x)在区间[a, x1]和[x2, b]上也是连续的,所以f'(ξ1)和f'(ξ2)都存在。
将f'(ξ1)和f'(ξ2)相加,得:
f'(ξ1)+ f'(ξ2)= (f(x1) - f(a))/(x1 - a) + (f(b) - f(x2))/(b - x2)
化简得:
f'(ξ1)+ f'(ξ2)= (f(x1) + f(b))/(2) - [f(a) + f(x2)]/(2)
由于f(x1) + f(b) ≥ 2√(f(x1)f(b)),所以f'(ξ1)+ f'(ξ2)≥ 0。
根据介值定理,存在ξ∈(ξ1, ξ2)∈(a, b),使得f'(ξ) = [f'(ξ1)+ f'(ξ2)]/2 ≥ 0。
由于f'(ξ) ≥ 0,所以f(x)在区间[a, b]上是单调不减的。
因此,存在ξ∈(a, b),使得f(ξ) = (f(a) + f(b))/(2)。
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