高等数学(第七版)同济大学 习题1-10
1.
假
设
函
数
f
(
x
)
在
闭
区
间
[
0
,
1
]
上
连
续
,
并
且
对
[
0
,
1
]
上
任
一
点
x
有
0
≤
f
(
x
)
≤
1
。
试
证
明
[
0
,
1
]
中
必
存
在
一
点
c
,
使
得
f
(
c
)
=
c
(
c
称
为
函
数
f
(
x
)
的
不
动
点
)
。
\begin{aligned}&1. \ 假设函数f(x)在闭区间[0, \ 1]上连续,并且对[0, \ 1]上任一点x有0 \le f(x) \le 1。\\\\&\ \ \ \ 试证明[0, \ 1]中必存在一点c,使得f(c)=c(c称为函数f(x)的不动点)。&\end{aligned}
1. 假设函数f(x)在闭区间[0, 1]上连续,并且对[0, 1]上任一点x有0≤f(x)≤1。 试证明[0, 1]中必存在一点c,使得f(c)=c(c称为函数f(x)的不动点)。
解:
设
F
(
x
)
=
f
(
x
)
−
x
,
则
F
(
0
)
=
f
(
0
)
−
0
≥
0
,
F
(
1
)
=
f
(
1
)
−
1
≤
0
如
果
F
(
0
)
=
0
或
F
(
1
)
=
0
,
则
0
或
1
即
为
f
(
x
)
的
不
动
点
,
如
果
F
(
0
)
>
0
且
F
(
1
)
<
0
,
则
由
零
点
定
理
,
得
出
必
存
在
c
∈
(
0
,
1
)
,
使
F
(
c
)
=
f
(
c
)
−
c
=
0
,
即
f
(
c
)
=
c
,
c
为
f
(
x
)
的
不
动
点
。
\begin{aligned} &\ \ 设F(x)=f(x)-x,则F(0)=f(0)-0 \ge 0,F(1)=f(1)-1 \le 0\\\\ &\ \ 如果F(0)=0或F(1)=0,则0或1即为f(x)的不动点,如果F(0) \gt 0且F(1) \lt 0,则由零点定理,\\\\ &\ \ 得出必存在c \in (0, \ 1),使F(c)=f(c)-c=0,即f(c)=c,c为f(x)的不动点。 & \end{aligned}
设F(x)=f(x)−x,则F(0)=f(0)−0≥0,F(1)=f(1)−1≤0 如果F(0)=0或F(1)=0,则0或1即为f(x)的不动点,如果F(0)>0且F(1)
0
。
由
零
点
定
理
,
得
出
∃
ξ
∈
(
1
,
2
)
,
使
f
(
ξ
)
=
0
,
ξ
是
介
于
1
和
2
之
间
的
方
程
的
根
。
\begin{aligned} &\ \ 设f(x)=x^5-3x-1,则f(x)在闭区间[1, \ 2]上连续,且f(1)=-3 \lt 0,f(2)=25 \gt 0。\\\\ &\ \ 由零点定理,得出\exists\ \xi \in (1, \ 2),使f(\xi)=0,\xi是介于1和2之间的方程的根。 & \end{aligned}
设f(x)=x5−3x−1,则f(x)在闭区间[1, 2]上连续,且f(1)=−30。 由零点定理,得出∃ ξ∈(1, 2),使f(ξ)=0,ξ是介于1和2之间的方程的根。
3.
证
明
方
程
x
=
a
s
i
n
x
+
b
,
其
中
a
>
0
,
b
>
0
,
至
少
有
一
个
正
根
,
并
且
它
不
超
过
a
+
b
。
\begin{aligned}&3. \ 证明方程x=a\ sin\ x+b,其中a \gt 0,b \gt 0,至少有一个正根,并且它不超过a+b。&\end{aligned}
3. 证明方程x=a sin x+b,其中a>0,b>0,至少有一个正根,并且它不超过a+b。
解:
设
f
(
x
)
=
x
−
a
s
i
n
x
−
b
,
则
f
(
x
)
在
闭
区
间
[
0
,
a
+
b
]
上
连
续
,
且
f
(
0
)
=
−
b
<
0
,
f
(
a
+
b
)
=
a
[
1
−
s
i
n
(
a
+
b
)
]
,
当
s
i
n
(
a
+
b
)
<
1
时
,
f
(
a
+
b
)
>
0
,
由
零
点
定
理
,
得
出
∃
ξ
∈
(
0
,
a
+
b
)
,
使
f
(
ξ
)
=
0
,
即
ξ
为
方
程
的
根
,
是
正
根
并
且
不
超
过
a
+
b
,
当
s
i
n
(
a
+
b
)
=
1
时
,
f
(
a
+
b
)
=
0
,
a
+
b
是
满
足
条
件
的
正
根
。
\begin{aligned} &\ \ 设f(x)=x-a\ sin\ x -b,则f(x)在闭区间[0, \ a+b]上连续,且f(0)=-b \lt 0,f(a+b)=a[1-sin\ (a+b)],\\\\ &\ \ 当sin\ (a+b) \lt 1时,f(a+b) \gt 0,由零点定理,得出\exists\ \xi \in (0, \ a+b),使f(\xi)=0,即\xi为方程的根,\\\\ &\ \ 是正根并且不超过a+b,当sin\ (a+b)=1时,f(a+b)=0,a+b是满足条件的正根。 & \end{aligned}
设f(x)=x−a sin x−b,则f(x)在闭区间[0, a+b]上连续,且f(0)=−bX时, 有∣f(x)−A∣ |