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设f(x)在(-∞,∞)三阶可导,证:存在c∈(-∞,∞),使得f(c)f'(c)f''(c)f'''(c)≥0

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:数学作业 时间:2024/04/28 08:35:08
设f(x)在(-∞,∞)三阶可导,证:存在c∈(-∞,∞),使得f(c)f'(c)f''(c)f'''(c)≥0
首先,若f(x),f'(x),f"(x)或f"'(x)有零点,则在零点处成立f(x)f'(x)f"(x)f"'(x) = 0.
故只需考虑它们都没有零点的情形.
此时由f(x),f'(x),f"(x)连续,它们在R上的符号恒定.
注意到f(x),-f(x),f(-x),-f(-x)这四个函数及其导数的符号分别相同或相反.
且如果用它们来替代f(x)时,f(x)f'(x)f"(x)f"'(x)的取值不改变.
因此不妨设f(x)与f'(x)都恒大于0.
下面证明f"(x)恒大于0.
用反证法,假设f"(x)恒小于0,则f'(x)单调递减,于是对t < b,有f'(t) > f'(b) > 0.
对任意x < b,由Lagrange中值定理存在x < t < b使f'(t) = (f(x)-f(b))/(x-b).
于是f(x) = f(b)+(x-b)f'(t) < f(b)+(x-b)f'(b).
但当x趋于-∞,易见f(b)+(x-b)f'(b)同样趋于-∞,与f(x)恒大于0矛盾.
因此f"(x)不恒小于0,又f"(x)符号恒定,故f"(x)恒大于0.
最后只需证明f"'(x)不恒小于0.
用反证法,假设f"'(x)恒小于0,则f"(x)单调递减,于是对t < b,有f"(t) > f"(b) > 0.
对任意x < b,由Lagrange中值定理存在x < t < b使f"(t) = (f'(x)-f'(b))/(x-b).
于是f'(x) = f'(b)+(x-b)f"(t) < f'(b)+(x-b)f"(b).
但当x趋于-∞,易见f'(b)+(x-b)f"(b)同样趋于-∞,与f'(x)恒大于0矛盾.
因此f"'(x)不恒小于0,即存在c使f"'(c) ≥ 0.
此时有f(c)f'(c)f"(c)f"'(c) ≥ 0.