华罗庚的数学竞赛试题历来以高难度和深度著称,若以此为基础编写考研数学题目,以下是一道原创题目:
题目:设函数$f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 1$,证明存在实数$\alpha$和$\beta$,使得$f(\alpha) = 0$且$f'(\beta) = 0$,且$\alpha + \beta = 3$。
解析:首先,根据连续函数的介值定理,因为$f(0) = 1 > 0$,$f(3) = 1 > 0$,且$f(x)$在闭区间$[0,3]$上连续,所以存在$\alpha \in (0,3)$,使得$f(\alpha) = 0$。接着,求导得$f'(x) = 3x^2 - 12x + 9$,同样因为$f'(0) = 9 > 0$,$f'(3) = 0$,且$f'(x)$在闭区间$[0,3]$上连续,根据零点定理,存在$\beta \in (0,3)$,使得$f'(\beta) = 0$。最后,由于$f'(\beta) = 0$,则$3\beta^2 - 12\beta + 9 = 0$,解得$\beta = 1$或$\beta = 3$。若$\beta = 3$,则$\alpha = 0$,与$\alpha \in (0,3)$矛盾,因此$\beta = 1$,所以$\alpha + \beta = 3$。
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