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考场上的完美答卷(3/6)

xi e^{2\xi^2-1}}{e-1}f(1)$”

    还是不对,右边仍有$f(1)$。

    林澈感到额头渗出细汗。记忆就像隔着一层毛玻璃,能看到轮廓但看不清细节。他确定赵建国讲过这道题,确定答案用到了柯西中值定理,但具体怎么消去$f(1)$……

    “还有三十分钟。”赵建国的声音响起。

    教室里一阵骚动。时间压力开始显现。

    林澈强迫自己冷静。他盯着题目,一个字一个字地读:设函数$f(x)$在$[0,1]$上连续,在$(0,1)$内可导,且$f(0)=0$。

    已知条件只有这些。要证明存在$\xi\in(0,1)$,使得$f'(\xi)=2\xi f(\xi)$。

    这意味着,无论$f(1)$是多少,总能找到这样的$\xi$。

    一个想法突然冒出来:如果对任意的$f(1)$都能找到$\xi$,那么特别地,取$f(1)=0$时,由罗尔定理立即得证。但$f(1)$不一定为零……

    等等,可以构造一个新函数!

    林澈的笔尖在纸上疾书:

    “考虑函数$\varphi(x)=f(x)-\frac{f(1)}{e-1}(e^{x^2}-1)$。则$\varphi(0)=0$,$\varphi(1)=f(1)-\frac{f(1)}{e-1}(e-1)=0$。

    对$\varphi(x)$应用罗尔定理,存在$\xi\in(0,1)$,使得$\varphi'(\xi)=0$。

    而$\varphi'(x)=f'(x)-\frac{2xf(1)}{e-1}e^{x^2}$

    故$f'(\xi)=\frac{2\xi f(1)}{e-1}e^{\xi^2}$

    又由$\varphi(\xi)=0$得$f(\xi)=\frac{f(1)}{e-1}(e^{\xi^2}-1)$

    两式消去$f(1)$,得$f'(\xi)=2\xi f(\xi)$。证毕。”

    写完最后一个**,林澈长长舒了口气。

    他知道这不是标准答案,但逻辑严密,自洽。而且,这个解法展现了他对数学工具的灵活运用——构造辅助函数,利用罗尔定理,然后消去参数。

    他抬头看钟,考试开始四十分钟。教室里大部分人还在挣扎,前排的学霸张涛眉头紧锁,显然也被最后一题难住了。苏雨薇在检查卷子,但眼神有些飘忽。

    林澈开始从头检查。

    第一题,$\lim_{x\to0}\frac{\sin3x}{\tan5x}$。他盯着那个$\frac{3}{5}$,那种不对劲的感觉又来了。他重新计算:$\sin3x\sim3x$,$\tan5x\sim5x$,所以极限是$\frac{3x}{5x}=\frac{3}{5}$。

    但$\tan5x$在$x\to0$时等价于$5x$吗?$\tan\theta\sim\theta$当$\theta\to0$,这里$\theta=5x\to0$,没错。

    可是……林澈闭上眼睛,前世赵建国讲解这道题的声音在脑中回响:“很多同学直接用了等价无穷小,但要注意,$\tan5x$在$x\to0$时确实是$5x$的高阶无穷小吗?我们严格计算一下……”

    对了!赵建国当时强调了不能直接用等价无穷小,因为分子分母是加减关系?不,这里是乘除,可以用。

    但教授说:“这-->>

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