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利用拉氏中值定理与夹逼准则求解函数表达式一例

问题:设\(\displaystylef\left(x\right)\),\(\displaystyleg\left(x\right)\)在\(\displaystyle\left

问题:设\(\displaystyle f\left( x \right)\),\(\displaystyle g\left( x \right)\)在\(\displaystyle\left[ a,b \right]\)上连续,在\(\displaystyle\left( a,b \right)\)上可微,且\(\displaystyle g\left( a \right) =0\),若有实数\(\displaystyle\lambda \ne 0\),使得

\[\left| g\left( x \right) \cdot f\left( x \right) +\lambda g'\left( x \right) \right|\leqslant \left| g\left( x \right) \right|
\]

成立,试证:\(\displaystyle g\left( x \right) =0\).



过程如下:不妨设\(\displaystyle\lambda >0\)

记\(\displaystyle F'\left( x \right) =f\left( x \right)\),令\(\displaystyle h\left( x \right) =e^{\frac{1}{\lambda}F\left( x \right)}\cdot g\left( x \right)\)

则有

\[h'\left( x \right) =e^{\frac{1}{\lambda}F\left( x \right)}\left( \frac{1}{\lambda}f\left( x \right) \cdot g\left( x \right) +g'\left( x \right) \right)
\]

得到

\[\begin{align*}
\left| h'\left( x \right) \right|&=e^{\frac{1}{\lambda}F\left( x \right)}\left| \frac{1}{\lambda}f\left( x \right) \cdot g\left( x \right) +g'\left( x \right) \right|
\\
&\leqslant e^{\frac{1}{\lambda}F\left( x \right)}\cdot \frac{1}{\lambda}\left| g\left( x \right) \right|
\\
&=\frac{1}{\lambda}\left| h\left( x \right) \right|
\end{align*}
\]

设\(\displaystyle a\leqslant x\leqslant a+\frac{\lambda}{2}\)

则有

\[\begin{align*}
\left| h\left( x \right) \right|&=\left| h\left( x \right) -h\left( a \right) \right|
\\
&=\left| h'\left( \xi _1 \right) \right|\left( x-a \right)
\\
&\leqslant \frac{1}{\lambda}\left| h\left( \xi _1 \right) \right|\left( x-a \right)
\\
&\leqslant \frac{1}{2}\left| h\left( \xi _1 \right) \right|
\\
&\leqslant \cdots
\\
&\leqslant \frac{1}{2^n}\left| h\left( \xi _n \right) \right|\rightarrow 0\left( n\rightarrow \infty \right)
\end{align*}
\]

其中用到了\(\text{Lagrange}\)中值定理.

若\(\displaystyle a+\frac{\lambda}{2}>b\),则可直接说明\(\displaystyle h\left( x \right) =0,x\in \left[ a,b \right]\),进而得到\(\displaystyle g\left( x \right) =0,x\in \left[ a,b \right]\).

若\(\displaystyle a+\frac{\lambda}{2}\leqslant b\),则可利用同样的办法逐段对区间\(\displaystyle\left[ a+\frac{\lambda}{2},a+\frac{2\lambda}{2} \right] ,\left[ a+\frac{2\lambda}{2},a+\frac{3\lambda}{2} \right] ,\cdots\)进行研究,进而可得\(\displaystyle g\left( x \right) =0,x\in \left[ a,b \right]\).


事实上,若\(\displaystyle f\left( x \right)\)在\(\displaystyle\left[ 0,+\infty \right)\)上可微,\(\displaystyle f\left( 0 \right) =0\),\(\displaystyle A>0\),且有\(\displaystyle\left| f'\left( x \right) \right|\leqslant A\left| f\left( x \right) \right|\)在\(\displaystyle\left[ 0,+\infty \right)\)上恒成立,则\(\displaystyle f\left( x \right) \equiv 0\).




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秋老虎丶_628
这个家伙很懒,什么也没留下!
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