162
Гл.
2.
Дифференциальное исчисление функций одной переменной
111.
Пусть функция / дважды дифференцируема в промежутке
а
^
х
< +оо, причем:
1)
/ ( а )
=
А > 0; 2)
f ' {a)
< 0; 3) /" ( х ) ^ 0 при х > а. Доказать,
что уравнение
/ ( х )
= 0 имеет
один и только один действительный корень в интервале ]а, +оо[.
М По формуле конечных приращений Лагранжа при
х
>
а
получаем
/(х ) = Л + ( х - а ) / '( £ i(r)),
а < £i < х,
(1)
/ '( х ) = / '( « ) +
(х
-
a) f " { h ( x ) ) ,
a < Z
2
< x .
(2)
Из условия
/"(£
2) Sj 0 следует, что
f '( x)
< 0 при
x >
а,
поэтому функция /
убывает на
интервале ]а, +оо[. Из формул (1) и (2) находим
f ( x )
— Л + (х — « ) /'( « ) + (х - а ) ( 6 - « ) / " ( 6 ( 6 ) ) -
(3)
В
силу условий / '( а ) < 0, / ” (^
2
(^
1
)) ^ 0, из формулы (3) следует, что при достаточно большом
хо > а
значение
функции отрицательно. Поскольку функция / непрерывна на сегменте
[а, хо],
то по теореме Коши о промежуточных
значениях существует такое xi € ]«,
хо[,
что
/ ( х
1
) =
0. Функция
/
не может обратиться в нуль ни в какой иной точке, отличной от
x i ,
так как убывает на интервале ]а, +оо[. ►
112.
Ф у н к ц и я / называется выпуклой снизу (сверху) на интервале ]а, 6[,
если для любых
точек xi и I
2
из этого интервала и произвольных чисел Ai и Аг, Ai > 0, А
2
> 0, Ai + А
2
= 1,
имеет место неравенство
/ ( А
1
Х
1
+ А2х2) < A i/(x i) + А2/ ( х 2)
(или соответственно противоположное неравенство
/ ( Aixi + А2х2) > A i/(x i) + А2/ ( х 2)).
Доказать,
что функция
/
выпукла снизу на ]а,
Ь[,
если / ” (х)
>
0 при
а <
х
<
6, и
/
выпукла
сверху на
] а ,
6[, если / ” (х)
<
0 при
а
<
х
<
Ъ.
◄ Пусть /" ( х ) > 0 , х б]а, 6[, и пусть Ai > 0 и Аг > 0 — произвольные числа, удовлетво
ряющие условию Ai + А2 = 1. Если xi и
1 2
— любые точки интервала ]а, £>[ и xi < Х
2
, то
точка А
1
Х
1
+ А2
х
2, очевидно, лежит между ними. По формуле Л агранж а имеем
/ ( Aixi + А2х2) - / ( x i ) = А2(
х
2 - x i ) / '( 6 ) ,
(!)
где xi < 6 < Aixi + А 2
х
2, и
/ ( х 2) - / ( Aixi + А2х2) = A
i
(
x
2 - x i ) / '( 6 ) ,
(2)
где Aixi + А2
х
2 <
£2
<
Х
2
■
Умножая левую и правую части равенств (2) и (1) на Аг и Ai
соответственно и вычитая из первого
полученного равенства второе, находим
А
2
/ ( х 2 ) + A i / ( x i ) = / ( А
1
Х
1
+ А
2
х 2 ) + A i
Достарыңызбен бөлісу: