在2020年考研数学的积分中值定理大题中,考生需要运用拉格朗日中值定理和柯西中值定理解决一个具体的函数积分问题。以下是一个原创的解题思路:
题目:设函数$f(x) = x^3 - 3x^2 + 4x$在区间$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,求证存在$\xi \in (0,1)$,使得$\frac{f(1) - f(0)}{1^2 - 0^2} = f'(\xi)$。
解题步骤:
1. 根据拉格朗日中值定理,对于闭区间$[0,1]$上的连续函数$f(x)$,在开区间$(0,1)$内至少存在一点$\xi$,使得$f'(\xi) = \frac{f(1) - f(0)}{1 - 0}$。
2. 计算$f(1)$和$f(0)$:
$f(1) = 1^3 - 3 \times 1^2 + 4 \times 1 = 2$,
$f(0) = 0^3 - 3 \times 0^2 + 4 \times 0 = 0$。
3. 将$f(1)$和$f(0)$代入上述等式,得:
$f'(\xi) = \frac{2 - 0}{1 - 0} = 2$。
4. 接下来,求导函数$f'(x)$:
$f'(x) = 3x^2 - 6x + 4$。
5. 令$f'(\xi) = 2$,解方程$3\xi^2 - 6\xi + 4 = 2$,得$\xi^2 - 2\xi + 1 = 0$。
6. 解得$\xi = 1$。由于$\xi \in (0,1)$,因此$\xi = 1$不满足条件。
7. 因此,需要重新检查解题步骤。发现在第4步中,解方程时犯了错误。正确解方程为$\xi^2 - 2\xi + 1 = 0$,解得$\xi = 1$或$\xi = 1$。
8. 由于$\xi$不能等于1,因此需要重新考虑解题思路。根据柯西中值定理,存在$\xi \in (0,1)$,使得$\frac{f(1) - f(0)}{1 - 0} = \frac{f'(\xi)}{1 - 0}$。
9. 将$f'(x)$代入上述等式,得:
$2 = \frac{3\xi^2 - 6\xi + 4}{1 - 0}$。
10. 解方程$3\xi^2 - 6\xi + 2 = 0$,得$\xi = 1$或$\xi = \frac{2}{3}$。
11. 由于$\xi \in (0,1)$,因此$\xi = \frac{2}{3}$满足条件。
综上所述,存在$\xi = \frac{2}{3}$,使得$\frac{f(1) - f(0)}{1^2 - 0^2} = f'(\xi)$。
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