Ασκήσεις Για Τον Επιμελή Μαθητή - 1
description
Transcript of Ασκήσεις Για Τον Επιμελή Μαθητή - 1
22/03/2015
Μαθηματικά Κατεύθυνσης Γ΄ Λυκείου
Ασκήσεις για τον επιμελή μαθητή
Μπάμπης Στεργίου Μάρτιος 2015
Λυμένες Ασκήσεις
1 Δίνονται οι μιγαδικοί αριθμοί α, β, γ που είναι διαφορετικοί μεταξύ τους ανά δύο με α = β = γ . Αν οι αριθμοί α + βγ , β + γα , γ +
είναι πραγ-
αβ
ματικοί, να αποδειχθεί ότι: α) , όπου 2αβγ(βγ +α) = ρ (βγ + αρ )
1.
2 ρ = α .
β) . 2 2αβγ(γ 1) = ρ (γ ρ )
γ) . αβγ = 1
Λύση α) Επειδή και α β α β γ , είναι αβγ 0 . Έτσι α β γ ρ 0 ,
οπότε:
2ρ
αα
, 2ρ
ββ
, 2ρ
γγ
.
2 2 2ρ ρ ρ
α βγ α βγ α βγ α βγ α βγ α βγα βγ
2 2 2 2ρ (βγ αρ ) αβγ(α βγ) αβγ(βγ α) ρ (βγ αρ ) . β) Έχουμε κυκλικά τις σχέσεις:
, 2 2αβγ(βγ α) ρ (βγ αρ ) 2 2αβγ(γα β) ρ (γα ρ β)
Σελίδα 1 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Οι σχέσεις αυτές, με αφαίρεση κατά μέλη, δίνουν:
2 2 2αβγ(βγ α γα β) ρ (βγ α ρ γα ρ β)
2 2αβγ γ(β α) (β α) ρ γ(β α) ρ (β α)
2 2αβγ(β α)(γ 1) ρ (β α)(γ ρ )
2
2
2
(1) α β
2αβγ(γ 1) ρ (γ ρ ) γ) Εργαζόμενοι όπως στο (β) (ή κυκλικά) παίρνουμε:
(2) 2αβγ(α 1) ρ (α ρ )
Αφαιρούμε κατά μέλη τις (1), (2), οπότε:
2 2 2αβγ(γ 1 α 1) ρ (γ ρ α ρ )
(3) α γ
2αβγ(γ α) ρ (γ α) αβγ ρ
Η σχέση αυτή, παίρνοντας μέτρα, δίνει:
2 2 3αβγ ρ α β γ ρ ρ ρ 2
ρ 0
(ρ 0 ή ρ 1) ρ 1
Άρα, από τη σχέση (3) προκύπτει ότι αβγ 1 .
21. Δίνονται οι θετικοί αριθμοί a, b, c, η συνάρτηση , x > 0 , καθώς και οι διαφορετικοί μεταξύ
τους μιγαδικοί 1z , 2z , 3z που έχουν μέτρο 1 και ικανοποιούν τη σχέση:
3 3 3f(x) = x + a + b 3abx
Σελίδα 2 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
2 3 3 11 22 2 2
1 2 2 3 3 1
z z z zz z+ +
(z z ) (z z ) (z z )= 1
Να αποδειχθεί ότι:
α) 1 22 2
1 2 1 2
z z 1=
(z z ) z z
και
2 2 2 2 2 2
1 2 2 3 3 1 1 2 3 1 2 3z z + z z + z z = 3 z + z + z z + z + z 2 .
β) 2 2 2
1 2 2 3 3 1z z + z z + z z 9 .
γ) Η συνάρτηση έχει ελάχιστο, το οποίο είναι μάλιστα μη αρνητικό.
f
δ) και 3 3 3a + b + c 3abc 3x + y + z 3 xyz για κάθε x, y, z > , με
την ισότητα να ισχύει μόνο αν και αντίστοιχα.
0
a = b = c x = y = z
ε) Οι εικόνες των μιγαδικών , , σχηματίζουν ισόπλευρο
τρίγωνο. 1z 2z 3z
Λύση
α) Θέλουμε να αποδείξουμε ότι 1 22
1 2 1 2
z z 1
(z z ) z z
2 1z z w , οπότε αν ,
τότε:
1 2
1 2 1 2 1 21 2 1 12 2 2
1 1 1 11 11
z z z z z z1 1 1z z w w
w w w ww ww
1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1z z (z z ) z z z z z z z z z z
που ισχύει αφού 1 2z z 1 .
Για το β σκέλος εκτελούμε τις πράξεις και στα δύο μέλη. Άλλος τρόπος
2 2 2
1 2 1 2 1 2 1 21 2 1 2 1 1 2 2
1 2 1 2 2 1
(z z ) z z 2z z z z2 z z z z z z z z
z z z z z z
2
1 2 1 2 1 2(z z )(z z ) z z
Επομένως είναι:
Σελίδα 3 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
1 22 2
1 2 1 2
z z 1
(z z ) z z
β) Είναι:
2 2
1 2 2 3 3 1z z z z z z 2
2 2 2 2 2 2 2
1 2 3 1 2 3 1 2 33 z z z z z z 3 z z z 9
γ) Είναι , . Η f είναι παραγωγίσιμη με: 3 3 3f (x) x a b 3abx x 0
2f (x) 3x 3ab Επίσης:
f (x) 0 x ab , f (x) 0 x ab , f (x) 0 x ab
Άρα η συνάρτηση παρουσιάζει ελάχιστο στο f x a b το:
3 23 3f ab ab a b 3ab ab a a b b 0 δ) Λόγω του (γ) ισχύει ότι , με την ισότητα να ισχύει όταν:
3 3 3f (c) 0 a b c 3abc
a a b b και c a b , δηλαδή όταν a b c
Λόγω του προηγουμένου για 3a x , 3b y , 3c z , x, y, θα ισχύει ότι: z 0
3x y z 3 xyz
και η ισότητα ισχύει όταν x y z . ε) Λόγω του (α) η δοσμένη σχέση γράφεται ισοδύναμα:
2 2
1 2 2 3 3 1
1 1 11
z z z z z z2
Σελίδα 4 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Θέτουμε 1 2a z z , 2 3b z z και 3 1c z z , οπότε οι αριθμοί a, b, c είναι
θετικοί και η σχέση γράφεται 2 2 2
1 1 11
a b c . Λόγω του (δ) τώρα παίρνουν:
32 2 2 2 2 2a b c 3 a b c και 32 2 2 2 2 2
1 1 1 13
a b c a b c
Επομένως:
32 2 2 2 2 2 2 2 232 2 2 2 2 2
1 1 1 1(a b c ) 3 a b c 3 a b c 9
a b c a b c
και αφού λόγω του (β) 2 2 2a b c 9 , τελικά θα είναι 2 2 2a b c 9 . Έχουμε επομένως ισότητα, δηλαδή a b c , που σημαίνει ότι το τρίγωνο ΑΒC είναι ισόπλευρο.
3 Δίνονται οι μιγαδικοί z με την ιδιότητα: (z 3 4i)(z 3 + 4i) + 3 z 3 4i = 4 1.
α) Να βρεθεί ο γεωμετρικός τόπος των εικόνων Μ των παραπάνω μιγαδικών z. β) Να αποδειχθεί ότι 4 z 6 .
γ) Αν , είναι δύο από τους παραπάνω μιγαδικούς με 1z 2z 1 2z z = 2 ,
να βρεθούν τα μέτρα 1 2Δ = z + z και 1 2E = z + z 16i .
Λύση α) Με την πρώτη ματιά βλέπουμε ότι δεν είναι δόκιμο να θέσουμε z x . Παρατηρούμε λοιπόν ότι:
yi
2(z 3 4i)(z 3 4i) (z 3 4i)(z 3 4i) z 3 4i
Η δοσμένη σχέση γράφεται:
2z 3 4i 3 z 3 4i 4
2
z 3 4i 3 z 3 4i 4 0 (1)
Σελίδα 5 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Θέτουμε z 3 4i ω 0 , οπότε η εξίσωση γράφεται:
2ω 3ω 4 0 (ω 1 ή ω 4)
Επειδή ω z 3 4i 0 , είναι ω 1 , δηλαδή z 3 4i 1 . Άρα ο
γεωμετρικός τόπος της εικόνας Μ του z είναι ο κύκλος με κέντρο Κ(3,4) και ακτίνα R 1 .
β) Επειδή 2 2OK 3 4 5 , γεωμετρικά προκύπτει ότι:
OK R z OK R, R 1
Η παραπάνω σχέση δίνει 4 z 6 .
Αλγεβρικά μπορούμε να εργαστούμε ως εξής: Από την τριγωνική ανισότητα παίρνουμε:
1 z 3 4i z (3 4i) z 3 4i z 5
. Αυτή δίνει:
1 z 5 z 6 .
1 z 3 4i z (3 4i) 3 4i z 5 z . Από την σχέση αυτή
παίρνουμε 1 5 z z 5 1 z 4 .
Σελίδα 6 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
γ) Επειδή 1 2z z 2 2R , οι εικόνες Α, Β
των , είναι αντιδιαμετρικά σημεία του
κύκλου C(K,R) με Κ(3,4) και 1z 2z
R 1 . Όμως ο έχει εικόνα την τέταρτη κορυφή του
παραλληλογράμμου ΟΑΣΒ και μάλιστα ισχύει ότι . Άρα:
1z 2z
OΣ 2ΟΚ
1 2Δ z z OΣ 2ΟΚ
2 ΟΚ 2 5 10
Για τον αριθμό Ε μπορούμε να γράψουμε:
1 21 2
z zΕ z z 16i 2 8i
2
2 (3 4i) 8i 2 3 4i 2 5 10
διότι ο μιγαδικός 1 2z z
2
έχει εικόνα το μέσο του ΑΒ, δηλαδή το Κ.
4 Δίνονται οι συναρτήσεις 2f(x) = x + 1 + x και xg(x) = e x 1 . α) Να μελετηθεί η g ως προς τη μονοτονία. β) Να λυθεί η εξίσωση . (f o g)(x) = 1
1.
Λύση α) Η g έχει πεδίο ορισμού το A . Είναι:
. x xg (x) (e x 1) e 1
. xg (x) 0 e 1 x 0
Όπως προκύπτει από τον πίνακα προσήμου της g, η g είναι γνησίως φθίνουσα στο και γνησίως αύξουσα στο
. ( , 0
]
[0, )
Σελίδα 7 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Όταν έχουμε να λύσουμε μια
εξίσωση της μορφής , f g(x) ατότε: Αναζητούμε μια τιμή 0x του x,
ώστε 0f (x ) α .
Γράφουμε την εξίσωση στη μορ-
φή f g(x) f (x) , οπότε, αν η f
είναι 1-1, οδηγούμαστε στην
εξίσωση g(x) x .
β) Με μια προσεκτική παρατήρηση γίνεται φανερό ότι δεν είναι δόκιμο να βρούμε την
, θέτοντας στον τύπο της f όπου x το g(x). f g
Παρατηρούμε λοιπόν ότι 1 f (0) , οπότε:
f g(x) 1 f g(x) f (0)
Αρκεί λοιπόν να αποδείξουμε ότι η f είναι 1-1, οπότε τότε θα πάρουμε ισοδύναμα
. g(x) 0Είναι:
22
2 2
2x x x 1f (x) x 1 x 1
2 x 1 x 1
2 2x x 1 x x x x x ( x) 0 , δηλαδή 2x x 1 0 για
κάθε x .
Άρα , οπότε η f είναι γνησίως αύξουσα. Επομένως η f είναι 1-1, οπότε:
f (x) 0
f g(x) f (0) g(x) 0
Όμως από το ερώτημα (α) έχουμε ότι:
Για x 0 είναι: g . (x) g(0) g(x) 0
Για x 0 είναι: g . (x) g(0) g(x) 0 Άρα για κάθε g(x) 0 x και έτσι η μοναδική ρίζα της εξίσωσης g( είναι η . Η δοσμένη λοιπόν εξίσωση έχει μοναδική ρίζα την .
x) 0x 0x 0
Επισήμανση
Είναι 2
2
x+ x +1f (x)=
x +1 και 2f (x)= 0 x+ x +1 = 0 . Όμως:
x 0
2 2x+ x +1 = 0 x +1 = x 1= 0
, αδύνατη
Σελίδα 8 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Άρα η f δεν έχει ρίζες, οπότε ως συνεχής θα διατηρεί πρόσημο. Επειδή f (0)= 1> 0 , είναι f (x)> 0 για κάθε x .
5 Δίνεται η συνάρτηση 2f(x) = x + 1 + x . α) Να μελετηθεί η f ως προς τη μονοτονία και να βρεθεί το σύνολο τιμών της.
β) Να λυθεί η ανίσωση . 2
x
xf(t)dt 0
γ) Να λυθεί η ανίσωση . 2
2
x+4 x +2
x+2 xf(t)dt > f(t)dt
δ) Να αποδειχθεί ότι . 2 2
2 2
α +3 α +7
α α +4f(t)dt < f(t)dt
1.
Λύση Πρόκειται για κορυφαίας σημασίας θέμα για κάθε υποψήφιο. α) Η f έχει πεδίο ορισμού το fD , είναι συνεχής και παραγωγίσιμη με:
22
2 2 2
2x x x x 1f (x) x 1 x 1 1
2 x 1 x 1 x 1
.
x 0
2 2 2 2f (x) 0 x x 1 0 x 1 x x 1 x 1 0 , αδύνατη.
Η f λοιπόν δεν έχει ρίζες και επειδή είναι συνεχής, διατηρεί πρόσημο. Επειδή f (0) 1 0 , είναι f (x) 0 για κάθε x και έτσι η f είναι γνησίως αύξουσα.
Το πρόσημο της f προκύπτει και από την ανισότητα x x , ως εξής:
2 2x x 1 x x x x x ( x) 0
Είναι επομένως 2x x 1 0 , οπότε f (x) 0 για κάθε x . Για να βρούμε το σύνολο τιμών της f παρατηρούμε ότι:
Η f είναι συνεχής.
Η f είναι γνησίως μονότονη.
Σελίδα 9 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
22 2
2
2 2x x x x
x 1 x 1lim f (x) lim x 1 x lim lim 0,
x 1 x x 1 x
διότι 2
xlim x 1 x
.
2
x xlim f (x) lim x 1 x
.
Επομένως το σύνολο τιμών της f είναι το ff (D ) (0, ) .
β) Πρόκειται για βασικό τρόπο επίλυσης τέτοιων ανισώσεων. Όπως έχουμε ήδη αποδείξει είναι:
2 2f (x) x 1 x x x x x x x 0
δηλαδή για κάθε f (x) 0 x . Επειδή για κάθε α, β με α β είναι
(και αντιστρόφως), παίρνουμε: β
αf (x) dx 0
2
x 2
xf (t)dt 0 x x x(x 1) 0 x [0, 1 ]
γ) Εδώ πρόκειται για την άλλη βασική μέθοδο επίλυσης ανισώσεων. Παρατηρούμε λοιπόν ότι τα άκρα ολοκλήρωσης διαφέρουν κατά 2. Για το
λόγο αυτό θεωρούμε τη συνάρτηση , xx 2
xg(x) f (t)dt
. Είναι τότε:
. x 2 x 2 x
x 0 0g(x) f (t)dt f (t)dt f (t)dt
. x 2 x
0 0g (x) f (t)dt f (t)dt f (x 2)(x 2) f (x) f (x 2) f (x)
Επειδή όμως x 2 x και η f είναι γνησίως αύξουσα, συμπεραίνουμε ότι . Άρα η g είναι γνησίως αύξουσα. Έχουμε λοιπόν: g (x) 0
2
2
x 4 x 2 2
x 2 xf (t)dt f (t)dt g(x 2) g(x )
g
2 2 2x 2 x x x 2 x x 2 0 x ( 1, 2)
Σελίδα 10 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
γ) Εργαζόμαστε όπως στο προηγούμενο ερώτημα βασιζόμενοι στη μονοτονία της g. Η ανισότητα γράφεται:
2 2 2 2g(α ) g(α 4) α α 4
η οποία όμως ισχύει. Θα μπορούσαμε βέβαια να εργαστούμε και με το Θ.Μ.Τ. ως εξής: Έστω F μια αρχική της f.
Η F είναι συνεχής στα διαστήματα 2 2α , α 3 , 2 2α 4, α 7 .
Η F είναι παραγωγίσιμη στα αντίστοιχα ανοικτά διαστήματα.
Από το Θ.Μ.Τ. υπάρχουν 2 21ξ α , α 3 και 2 2
2ξ α 4, α 7 τέτοια, ώστε:
2
2
2 2 2 2 α 3
1 2 2 α
F(α 3) F(α ) F(α 3) F(α ) 1F (ξ ) f (t dt
)
3 3α 3 α
2
2
2 2 2 2 α 7
2 2 2 α 4
F(α 7) F(α 4) F(α 7) F(α 4) 1F (ξ ) f (t)dt
.
3 3(α 7) (α 4)
2Αλλά , οπότε η f είναι γνησίως αύξουσα. Επειδή F (x) f (x) 1ξ ξ (καθόσον
παίρνουμε 2 2α 4) α 3 1F (ξ ) F (ξ )2 , οπότε προκύπτει η ζητούμενη
ανισότητα.
6 Δίνεται η συνάρτηση 2x 4 . f(x) = 1 + e
α) Να οριστεί, αν υπάρχει, η 1f .
β) Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα
3
1
1dx
f(x).
1.
Λύση
α) Η f έχει πεδίο ορισμού το fD . Είναι 2x 4 2x 4f (x) 1 e 2e 0 ,
, οπότε η f είναι γνησίως αύξουσα. Επομένως η f είναι και 1-1, οπότε ορίζεται η . Η x
1f 1f έχει πεδίο ορισμού το σύνολο τιμών της f. Όμως:
Η f είναι συνεχής στο .
Σελίδα 11 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Η f είναι γνησίως μονότονη.
2x 4
x xlim f (x) lim 1 e
και 2x 4
x xlim f (x) lim 1 e 1
.
Άρα η f έχει σύνολο τιμών (1, ) , οπότε το πεδίο ορισμού της 1f είναι το
.
1fD
(1, ) β) Ονομάζουμε Ι το δοσμένο ολοκλήρωμα. Είναι δηλαδή:
3 3
2x 411
1 1I dx
f (x) 1 e
dx
Θέτουμε , οπότε: x 1 3 u 4 u
31 3 2u 4
2(4 u) 4 4 2u 2u 43 1 1
1 1I ( du) du
ed
1 e 1 e e
u
1
3 2x 4 3 3
2x 4 2x 4 111
1 e2I I I du 1dx x 3 1 2
e 1 e
.
Επομένως , δηλαδή 2I 2 I 1 . Άλλος τρόπος Είναι:
333 2x 4 2x 4
2x 4 2x 4 2x 41 1 1
1 e 1 e 1I dx dx
21 e e 1 e 1
dx
32x 4 2 2
11 1 1
ln e 1 ln(e 1) ln(e 1)2 2 2
2 2
2 22 2
2
1 1 e 1 1 e 1 1 1ln ln(e 1) ln ln e 2 1
2 2 2 2 2e 1 e
e
71. Έστω παραγωγίσιμη συνάρτηση με την ιδιότητα: f :
Σελίδα 12 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
2f (x) + 2xf(x) = x (3 f (x))
για κάθε x και 1
f(1) =2
. Να αποδειχθεί ότι:
α) 3
2
xf(x) =
x +1, x .
β) 1
0
1f(t)dt = (1 ln2)
2 .
γ) Υπάρχει ένα τουλάχιστον α (0, 1) τέτοιο, ώστε:
3α α 2 3
0f(t)dt = α(3α 1)f(α α )
Λύση α) Από τα δεδομένα της άσκησης έχουμε:
2 2f (x) 2xf (x) x (3 f (x)) f (x) 2xf (x) 3x x f (x) 2
2 2 2 2 3f (x) x f (x) x f (x) 3x f (x) x f (x) x
(1) 2 3f (x) x f (x) x c
Όμως 1
f (1)2
, οπότε η (1) για x 1 δίνει:
1
f (1) f (1) 1 c 2 1 c c 02
Άρα, πάλι από την (1) προκύπτει ότι:
2 3 2 3f (x) x f (x) x (1 x )f (x) x
3
2
xf (x)
1 x
,
x β) Παρατηρούμε ότι:
Σελίδα 13 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
3 3 2
2 2 2 2
x
x 1 .
x (x x) x x(x 1) xx
x 1 x 1 x 1
111 2 21 2
2 20 00 0
x 1 (x 1) x 1f (x)dx x dx x dx ln(x 1)
2 2 2x 1 x 1
1 ln 2
2
.
γ) Παρατηρούμε ότι 3
2
xf ( x) f (x)
x 1
, οπότε 3 3f (α α ) f (α α) . Έτσι:
3α α 2 3
0f (t)dt α(3α 1)f (α α )
(1) 3α α 2 3
0f (t)dt α(3α 1)f (α α) 0
Αν θέσουμε x αντί του α, η σχέση (1) γράφεται:
3x x 2 3
0f (t)dt x(3x 1)f (x x) 0
3x x 3 3
0x f (t)dt xf (x x)(x x) 0
3 3 3x x x x x x
0 0 0x f (t)dt x f (t)dt 0 x f (t)dt 0
Θεωρούμε λοιπόν τη συνάρτηση , 3x x
0h(x) x f (t)dt
x .
Η h είναι συνεχής στο [0,1] ως γινόμενο συνεχών συναρτήσεων, αφού η
συνάρτηση 3
έχει παράγωγο 2x x
0φ(x) f (t)dt
3f (x x)(3x 1) , οπότε
είναι συνεχής.
Σελίδα 14 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Η h είναι παραγωγίσιμη με 3x x 2 3
0h (x) f (t)dt x(3x 1)f (x x)
(2).
. h(0) 0 h(1)
Σύμφωνα λοιπόν με το θεώρημα Rolle υπάρχει α (0, 1) τέτοιο, ώστε:
3(2) α α 2 3
0h (α) 0 f (t)dt α(3α 1)f (α α) 0
που είναι η ζητούμενη σχέση (1).
8 Δίνεται η συνάρτηση 2f , x > 0 . (x) = ln2x ln(x +1)α) Να μελετηθεί η f ως προς τη μονοτονία και να βρεθεί το πρόσημό της.
β) Να αποδειχθεί ότι η συνάρτηση είναι γνησίως
φθίνουσα και να βρεθεί το πρόσημό της.
x
1F(x) = f(t)dt
γ) Αν , να αποδειχθεί ότι η εξίσωση: α > 1
5 2F(α) + (1 α)f(α) x (α 1)(x +1)+ =
x 1 x 3
1.
0
έχει μία τουλάχιστον ρίζα στο διάστημα (1,3).
Λύση α) Η f είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο A (0, ) με:
22
1 1f (x) ln 2x ln(x 1) 2 2x
2x x 1
2 2
2 2 2
1 2x x 1 2x 1 x
x x 1 x(x 1) x(x 1)
2
Έτσι, η f είναι γνησίως αύξουσα στο (0,1] και γνησίως φθίνουσα στο [1, ) . Το
είναι ολικό μέγιστο, οπότε f (f (1) 0 x) 0 για κάθε . Πιο συγκεκριμένα, είναι για
x (0, ) ) 0f (x x (0, 1) (1, ) και
Σελίδα 15 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
f (1) 0 . β) Η F έχει πεδίο ορισμού το A (0, ) αφού fD (0, ) και . Είναι: f1 D
x
1F (x) f (t)dt f (x)
, x 0
Είναι F ( για κάθε x) f (x) 0 x (0, 1) (1, ) και η F είναι συνεχής στο 1. Έτσι η F είναι γνησίως φθίνουσα. Αλλά
, οπότε το πρόσημο της F φαίνεται στο διπλανό πίνακα. F(1) 0
γ) Επειδή η εξίσωση δεν ορίζεται στα άκρα 1, 3 του διαστήματος [1,3], απαλείφουμε πρώτα τους παρονομαστές και οδηγούμαστε στη συνάρτηση:
5 2g(x) (x 3) F(α) (1 α)f (α) x (x 1)(α 1)(x 1) , x 0
Η g είναι συνεχής στο [1,3] ως πολυωνυμική.
, αφού α 1 . 23) 2(α 1) 3 18(α 1) 0 g(
g(1) 2 F(α) (1 α)f (α) . Επειδή F(α) 0 , 1 α 0 και f (α) 0 το πρόσημο της παρένθεσης δεν είναι προφανές. Για το λόγο αυτό επικαλούμαστε το Θ.Μ.Τ. Η F είναι συνεχής στο [1,α] και παραγωγίσιμη στο (1,α). Σύμφωνα λοιπόν με το Θ.Μ.Τ. υπάρχει ξ (1, α) τέτοιο ώστε:
F(α) F(1) F(α)
F ( ξ)α 1 α 1
(1)
Όμως F (ξ) f (ξ) και η f είναι γνησίως φθίνουσα στο [1, ) . Έτσι, αφού 1 παίρνουμε: ξ α
(1) α 1F(α)
f (ξ) f (α) f (α) F(α) (α 1)f (α) 0α 1
Σελίδα 16 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
F(α) (1 α)f (α) 0
Είναι λοιπόν g(1) 0 , οπότε από το θεώρημα Bolzano συμπεραίνουμε ότι η εξίσωση , άρα και η αρχική εξίσωση, έχει μία τουλάχιστον ρίζα στο (1,3).
g(x) 0
9 Έστω συνάρτηση f : (0, + ) με συνεχή παράγωγο που
ικανοποιεί τη σχέση
xf(x) f(t)
1
1 12f(x) + x + e = e f (t) t + dt + 2
x t, για
κάθε x > 0 . Να αποδειχθεί ότι:
α) 2
2xf(x) = ln
x +1, . x > 0
β) Να μελετηθεί η f ως προς τη μονοτονία και τα ακρότατα.
γ)
2xx
1x
tf dt tf(t)dt
x , για κάθε .
1.
x > 0
Λύση α) Από τη δοσμένη σχέση, παραγωγίζοντας παίρνουμε:
f (x) f (x) f (x)1 12f (x) x e x e f (x) e f (x) x
x x
1
x
f (x) f (x)1 12f (x) x e 0 2f (x)e x 0
x x
2
f (x) f (x)1 1 x 1f (x)e x e
2 x 2x
2
f (x) x 1e c
2x
(1)
Για η δοσμένη σχέση δίνει: x 1
Σελίδα 17 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
(2) f (1) f (1)2f (1) 2e 2 f (1) e 1
Αν , τότε xg(x) x e 1 xg (x) 1 e 0 , οπότε η g είναι γνησίως αύξουσα. Άρα η g είναι 1-1. Επομένως από την (2) έχουμε:
f (1) f (1)f (1) e 1 f (1) e 1 0
g f (1) 0 g f (1) g(0) f (1) 0
Η σχέση (1) για x 1 δίνει:
f (1)e 1 c 1 1 c c 0
Άρα από τη σχέση (1) προκύπτει ότι:
2
f (x) f (x)2
x 1 2xe e
2x x 1
2
2xf (x) ln
x 1
,
x 0
β) Η 2
2xf (x) ln
x 1
είναι παραγωγίσιμη στο A (0, ) με:
2
2 2
2x x 1 2xf (x) ln
2xx 1 x 1
2 2 2
2 2 2 2
x 1 2(x 1) 2x 2x 2 2x 1 x
2x (x 1) 2x(x 1) x(x 1)
2
Είναι f ( . Το πρόσημο της f (x) ταυτίζεται με το πρόσημο του
x) 0 x 1 21 x
και φαίνεται στον διπλανό πίνακα. Έτσι η f είναι γνησίως αύξουσα στο (0,1], γνησίως
Σελίδα 18 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
φθίνουσα στο [1, ) και το f (1) ln1 0 είναι ολικό μέγιστο της f. γ) Θέλουμε να αποδείξουμε ότι:
2x
x
x
1t tf (t)dt x
t
x
0f d , (3)
Θέτουμε t
, οπότε t xux u και dt . Έτσι: xdu
2x
x
1x
tf dt xf
x
(u)du
t)dt
Η σχέση λοιπόν (3) γίνεται ισοδύναμα:
x x
1 1x f u du tf (
x f
x x
1 1(u)du tf (t)dt 0 (4)
Θεωρούμε τη συνάρτηση , . Η h είναι
παραγωγίσιμη με:
x x
1 1h(x u tf (t)dt x 0) x f (u)d
x x x x
1 1 1 1h (x) x f (u)du f (u)du xf (x) xf (x) f (u)du tf (t)dt
h (1) 0
.
, x 0 . h (x) f (x)
Αλλά f ( με την ισότητα μόνο για
. Άρα η h είναι γνησίως φθίνουσα. Έτσι:
x) f (1) 0
x 1
Για x 1 είναι h (x)
h (1) 0
, δηλαδή h (x) 0 .
Για x 1 είναι h (x) , δηλαδή h (x) 0 .
Άρα η h παρουσιάζει ολικό μέγιστο στο 0x 1 , οπότε:
Σελίδα 19 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
x x
1 1h(x) h(1) x f (u)du tf (t)dt 0
10 Έστω f συνεχής και γνησίως αύξουσα συνάρτηση με πεδίο ορισμού το , f(0) = 1 και f(x) 0 για κάθε x . Το εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται από τη fC , τον άξονα των τετμημένων και τις ευθείες x = t , x = t είναι ίσο με tf(t) e για κάθε t . α) Να αποδειχθεί ότι f( , xex) = x .
β) Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα
1 2
1
3xI = dx
f(x) +1
.
γ) Αν g(x) = f x , να υπολογιστεί το εμβαδόν του χωρίου που ορίζει
ο άξονα xx, η γραφική παράσταση της g και οι ευθείες , . x = 0 x = 1
1.
Λύση α) Η f είναι συνεχής και f (x) 0 για κάθε x , οπότε διατηρεί σταθερό πρόσημο και αφού f (0) 1 0 , θα είναι για κάθε f (x) 0 x .
Η συνάρτηση είναι γνησίως αύξουσα στο . Πράγματι: Για κάθε
με προκύπτει και . Έτσι,
πολλαπλασιάζοντας τις ανισότητες αυτές κατά μέλη (αφού όλοι οι όροι είναι θετικοί) παίρνουμε:
xg(x) f (x)e
1 2x x1 2x , x 1f (x ) f (x ) 22
2
1x xe e
1 2x x1 2 1f (x )e f (x )e g(x ) g(x )
Έτσι για έχουμε: x 0
x xg(x) g(0) f (x)e 1 f (x) e και για έχουμε: x 0
x xg(x) g(0) f (x)e 1 f (x) e
Αν t 0 , τότε το εμβαδόν είναι ίσο με t
tx
και αφού tf (t) e ,
θα έχουμε
E f (x)d t t
tf (x)dx f (t) e
για κάθε t 0 .
Σελίδα 20 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Αν t 0 , τότε το εμβαδόν είναι ίσο με t
dx
και αφού tf (t) e ,
θα έχουμε
tE f (x)
t
tf (x)dx f (t) e
t t t
tf (x)dx e f (t)
για κάθε t 0
Έτσι t t
tf (x)dx f (t) e
για κάθε t . Επομένως, η παραπάνω σχέση
δίνει:
t t tt t
t 0 0f (t) f (x)dx e f (t) f (x)dx f (x)dx e
για κάθε t 0
και αφού το 2ο μέλος είναι παραγωγίσιμη συνάρτηση, η f είναι παραγωγίσιμη. Άρα:
tf (t) f (t) f ( t) e (1)
για κάθε . Επομένως είναι και: t
tf ( t) f ( t) f (t) e
για κάθε . Αφαιρώντας κατά μέλη παίρνουμε: t
t t t tf (t) f ( t) e e f (t) f ( t) e e
Έτσι, υπάρχει σταθερά c , ώστε:
t tf (t) f ( t) e e c
για κάθε . Αυτή δίνει tf (0) 1
f (0) f ( 0) 2 c c 0
, δηλαδή τελικά:
tf (t) f ( t) e e t για κάθε t .
Επομένως από την (1) έχουμε:
t t tf (t) e e e e t
Έτσι υπάρχει 1c , ώστε t1f (t) e c και αφού f (0) 0 , είναι για
κάθε . Αποδείξαμε επομένως ότι
tf (t) e
t xf (x) e για κάθε x .
Σελίδα 21 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
β) Θέλουμε να υπολογίσουμε το ολοκλήρωμα 1 2
x1
3xI
e 1
dx
x
. Θέτουμε
, οπότε u dx du . Για x 1 έχουμε u 1 και για x 1 είναι . Άρα:
u 1
11 1 12 2 2
x u u1 1 1
u1
3x 3( u) 3u 3u eI dx du du
2 u
1e 1 e 1 e1e
du1
1 2 x
x1
3x edx J
e 1
.
1 1 12 2 x 2 x 11 2 3
1x x x 11 1 1
3x 3x e 3x (e 1)I J dx dx dx 3x dx x 2.
e 1 e 1 e 1
Άρα , οπότε 2I 2 I J 1 .
γ) Είναι xg(x) e 0 , οπότε 1 x
1 0E e d x . Θέτουμε 2u x x u ,
, , dx 2udu x 0 u 0 x 1 u 1 . Άρα:
τ.μ. 1 11 1u u u u0 01 0 0
E 2ue du 2ue 2e du 2e 2e 2
Σχόλια α) Η συνάρτηση tg(t)= f(t) e είναι γνησίως αύξουσα (με τον ορισμό), οπότε βρίσκεται το πρόσημό της , αφού g(0)= 0 .
β) Στη σχέση t t
tf(x)dx = f(t) e
() μπορούμε να εναλλάξουμε το t με το
και να πάρουμε: t
t tt t
t tf(x)dx = f( t) e f(x)dx = f( t) e
t t
tf(x)dx = f( t) e
()
Οι σχέσεις (),() δίνουν:
t t t tf(t) e = f( t) e f(t)+ f( t)= e +e (2)
Σελίδα 22 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Αλλά από την (1) έχουμε: tf(t)+ f( t)= f (t)+e Από αυτή και την (2) παίρνουμε: t t t tf (t) e = e +e f (t)= e , κ.λπ.
11 Έστω f : όχι σταθερή πολυωνυμική συνάρτηση με f (1) = 0 .
Η συνάρτηση g(x) = f(x)f (x) είναι γνησίως αύξουσα και το εμβαδόν
του χωρίου που περικλείεται από τη fC , τον άξονα xx και τις ευθείες
x = 1 , x = t είναι ίσο με 1
g(t)6
για κάθε t .
α) Να αποδειχθεί ότι , 2f(x) = (x 1) x .
β) Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα
2
x2
f xA = dx
2 +1
.
1.
Λύση α) Επειδή και η συνάρτηση g(1) 0 g(x) f (x)f (x) είναι γνησίως αύξουσα, είναι για και g(g(x) 0 x 1 x) 0 για x 1 . Έτσι το εμβαδόν του δοσμένου χωρίου δίνεται από τις σχέσεις:
t
1
1 1f (x)dx g(t) f (x)f (x)
6 6 , t 1
(1)
1
t
1 1f (x)dx g(t) f (t)f (t)
6 6 , t 1 (2).
Η δεύτερη σχέση δίνει:
t
1
1f (x)dx f (t)f (t)
6
t
1
1f (x)dx f (t)f (t)
6 , t 1 (3)
Έτσι από τις σχέσεις (1) και (3) παίρνουμε ότι:
Σελίδα 23 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
t
1
1f (x)dx f (t)f (t)
6 για κάθε (4) t
Η συνάρτηση f δεν είναι σταθερή, οπότε ας είναι ν ο βαθμός του πολυωνύμου f(t). Το πολυώνυμο f (t) έχει βαθμό ν 1 και έτσι το πολυώνυμο
έχει βαθμό g(t) f (t)f (t) ν (ν 1) 12ν . Από την άλλη, το πολυώνυμο
έχει βαθμό t
1f (x)dx ν 1 , οπότε από την (4) πρέπει ν 1 2ν 1 ν 2 .
Άρα , 2f (x) αx βx γ α 0 και επειδή f (x) 2αx β , η (4) δίνει:
t3 2
2
1
αx βx 1γx (αt βt γ)(2αt β)
3 2 6
3 2
2 3 2 2 2αt βt α β 1γ γ (2α t αβt 2αβt β t 2αγt βγ)
3 2 3 2 6
3 2 2 3 2 22αt 3βt 6γt (2α 3β 6γ) 2α t 3αβt (β 2αγ)t βγ
2
α 02
2
2α 2αα 1
3β 3αββ 4γ
6γ β 2αγ3β 6γ 2 βγ
2α 3β 6γ βγ
Επειδή 2β
γ4
, η τελευταία δίνει:
2 2β β
3β 6 2 β 04 4
Σελίδα 24 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
3 2 3β 6β 12β 8 0 (β 2) 0 β 2
Επομένως , βα 1 2 και 2β
γ 14
, οπότε 2 2f (x) x 2x 1 (x 1) .
β) Επειδή είναι 2f (x) (x 1) 2f x x 1 . Θέτουμε x u , οπότε:
2 22 u x
u u x
x 2dx .
2 2 2
f u f u 2 fA ( du) du
2 1 1 2 1 2
2 22 x x
x x x2 2 2
f x 2 f x (1 2 )f x2A A A dx dx dx
1 2 1 2 1 2
2 0 2 0 2
2 2 0 2f x dx f x dx f x dx (x 2x 1)dx
0 23 32 2 2 2
02 0
x x 8(x 2x 1)dx x x x x 0 4 2
3 3 3
8 8 84 2 0 2 2
3 3 3
16
3.
Άρα 16
2A3
, οπότε τελικά θα είναι 8
A3
.
12 Δίνονται οι συνεχείς συναρτήσεις με την g θετική και
την f γνησίως αύξουσα στο .
f, g :
α) Να αποδειχθεί ότι για κάθε . x
0g(t)dt > 0 x > 0
β) Να αποδειχθεί ότι η συνάρτηση
x
x 0
0
1h(x) = f(t)g(t)dt
g(t)dt, ,
είναι γνησίως αύξουσα στα διαστήματα (0
1.
x 0
, + ) και ( , 0) . γ) Αν , να συγκριθούν οι αριθμοί h(α) και h(β). α < 0 < β
Λύση
Σελίδα 25 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
α) Θεωρούμε τη συνάρτηση , x
0G(x) g(t)dt x . Η G είναι παραγωγίσιμη
στο , διότι η g είναι συνεχής στο . Επομένως:
, G (x) g(x) 0 x
Άρα η G είναι γνησίως αύξουσα. Αυτό μας εξασφαλίζει ότι με , θα ισχύει:
x 0
x
0G(x) G(0) g(t)dt 0
β) Επειδή οι συναρτήσεις f, g είναι συνεχείς, οι συναρτήσεις και
είναι παραγωγίσιμες στο . Έτσι η συνάρτηση h(x) είναι
παραγωγίσιμη στο
x
0f (t)g(t)dt
x
0g(t)dt
με:
x x
0 02x
0
f (x)g(x) g(t)dt g(x) f (t)g(t)dth (x)
g(t)dt
x
2 0x
0
g(x)f (x)g(t) f (t)g(t) dt
g(t)dt
x
2 0x
0
g(x)g(t) f (x) f (t) dt
g(t)dt
(1)
i) Έστω . Η f είναι γνησίως αύξουσα, οπότε με 0 tx 0 x παίρνουμε:
f (t) f (x) f (x) f (t) 0
Επιπλέον για κάθε g(t) 0 t και έτσι για τη συνάρτηση
ισχύει ότι: ) f (x) f φ(t) g(t (t)
η φ είναι συνεχής στο [0,x].
φ(t) 0 για κάθε t [0, x) .
Σελίδα 26 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
φ(t) 0 για κάθε t [0, x] .
Επειδή λοιπόν στο [0,x] και η φ δεν είναι παντού ίση με μηδέν στο
[0,x], θα είναι για κάθε . Επομένως η σχέση (1) μας δίνει
για κάθε , δηλαδή η h είναι γνησίως αύξουσα στο (0 .
φ(t) 0x
0φ(t)dtx
0
0
0
x 0
h (x) 0 , )ii) Έστω . Με ανάλογο τρόπο βρίσκουμε ότι αν x x t 0 , τότε:
και f (x) f (t) 0 g(t) f (x) f (t) 0
δηλαδή . Άρα, όπως και στην πρώτη περίπτωση συμπεραίνουμε ότι: φ(t) 0
0 x
x 0φ(t)dt 0 φ(t)dt 0
x
0φ(t)dt 0
και έτσι στο ( ,h (x) 0 0) . Επομένως η h είναι γνησίως αύξουσα και στο . ( , 0 )
γ) Η h είναι συνεχής και γνησίως αύξουσα στα ( , 0) και (0, ) . Επομένως:
Για x 0 είναι
x 0
00xx 0 x 0 x 0
0
f (t)g(t)dt f (x)g(x)h(x) lim h(x) lim lim
g(x)g(t)dt
x 0lim f (x) f (0)
, διότι οι όροι του κλάσματος είναι συνεχείς, ως
παραγωγίσιμες συναρτήσεις, οπότε έχουμε απροσδιοριστία 0
0
και η f
είναι συνεχής στο 0, οπότε x 0lim f (x) f (0)
.
Για x 0 είναι . x 0 x 0
h(x) lim h(x) lim f (x) f (0)
Άρα με α είναι 0 h(α) f (0) και με 0 β είναι f (0) h(β) . Επομένως έχουμε . h(α) h (β)
Σελίδα 27 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
13 Έστω f : συνεχής και περιττή συνάρτηση. Να αποδειχθεί ότι:
1 1f(x) 2
1 0f(x)ln 1 + e dx = f (x)dx
1.
Λύση Αφού η f είναι περιττή συνάρτηση, θα ισχύει f ( x) f (x) , x (1) Έστω:
1 f (x)
1I f (x) ln 1 e
dx
u
Θέτουμε , οπότε x dx du . Έτσι:
1 1f (x) f ( u)
1 1I f (x) ln 1 e dx f ( u) ln 1 e ( du)
1 f (x)1 f (u)
f (x)11
1 ef (u)ln 1 e du f (x) ln dx
e
1 1f (x) f (x) 2
1 1f (x) ln e 1 dx f (x) ln e dx I f (x)dx
1
1Έτσι έχουμε οδηγηθεί στη σχέση:
1 1 12 2
1 1 1
1I I f (x)dx 2I f (x)dx I f (x)dx
2 2
u
(2)
Στο σημείο αυτό γράφουμε:
(3) 1 0 12 2 2
1 1 0A f (x)dx f (x)dx f (x)dx
Θέτουμε στο α ολοκλήρωμα x , οπότε:
0 02 2
1 1f (x)dx f ( u)d( u)
Σελίδα 28 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
1 12 2
0 0f (u) du f (x)dx
Έτσι, από τη σχέση (3) παίρνουμε:
0 12 2
1 0A f (x)dx f (x)dx
1 1 12 2 2
0 0 0f (x)dx f (x)dx 2 f (x)dx
Άρα, τελικά, η σχέση (2) δίνει:
1 1 12 2
1 0 0
1 1I f (x)dx 2 f (x)dx f (x)
2 2 2 dx
Σημειώνουμε ότι με παρόμοιο τρόπο αποδεικνύουμε γενικά ότι:
Αν η f είναι άρτια, τότε . α α
α 0f (x)dx 2 f (x)dx
Αν η f είναι περιττή, τότε α
αf (x)dx 0
.
Αναφέρουμε επίσης ότι στο α σκέλος θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε τη γνωστή – βασική μέθοδο:
1 f (x)1 f (x)
f (x)11
1 e2I Ι Ι f (x) ln 1 e dx f (x) ln dx
e
1 f (x)
f (x)f (x)
1
1 ef (x) ln 1 e ln dx
e
1 f (x) f (x)
f (x)1
e 1 ef (x)ln dx
1 e
1 1f (x) 2
1 1f (x) ln e dx f (x)dx
Σελίδα 29 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
14 Έστω η παραγωγίσιμη συνάρτηση f : [0, + ) με f(0) = 1 , f (x) > 0
και:
2x 2f(x) + lnf (x) = e + x + ln2x , για κάθε x > 0
α) Να αποδειχθεί ότι , . 2xf(x) = e x 0
β) Να μελετηθεί η f ως προς τα ακρότατα, τα κοίλα και να βρεθεί το σύνολο τιμών της. γ) Να αποδειχθεί ότι:
i) f(α) 1 f(β) 1
<α β
1.
για κάθε α, β με α . > 0 < β
ii)
x
1
1dt <
f(t) 2e
1x > 1 για κάθε .
δ) Να υπολογιστεί το όριο +x 0
1A = lim xf
x.
ε) Να αποδειχθεί ότι για κάθε . α
02 f(t)dt α 1 + f(α)
2
2
α 0
Λύση
α) 2 2x 2 f (x) x 2f (x) ln f (x) e x ln 2x ln e ln f (x) e x ln 2x
22 xf (x) x 2 f (x) e x ln 2xln e f (x) e x ln 2x e e
2 2x 2 x 2 xf (x) e x f (x) e x ee e e 2x e e e e
c
2xf (x) ee e
Η f είναι συνεχής στο 0, οπότε:
2xf (x) e f (0)
x 0 x 0lim e lim e c e e c c 0
Άρα , , αφού αυτή δίνει f (2xf (x) e x 0 0) 1 , τιμή που είναι δοσμένη.
Σελίδα 30 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
β) Είναι . Η f είναι γνησίως αύξουσα και το είναι ολικό ελάχιστο.
2xf (x) 2xe f (0) 1
Είναι 2 2 2x 2 x x 2f (x) 2e 4x e 2e (1 2x ) 0 . Άρα η f είναι κυρτή.
Το σύνολο τιμών είναι το f (A) [1, ) , όπου A [0, ) .
γ) i) Έστω f (x) 1
g(x)x
. Είναι:
2 2
xf (x) f (x) f (0)xf (x) f (x) 1g (x)
x x
2
xf (x) f (ξ)(x 0) f (x) f (ξ)0
xx
διότι και η f είναι ξ (0, x) . (Ή με μελέτη της h(x) xf (x) f (x) 1.) Άρα:
α β g(α) g(β)
ii) Επειδή , είναι 2t 2t 1 2t2t 1e e . Έτσι:
2 xx xt 1 2t 1 2t1
1 1
1e dt e dt e
2
1 2x 1 2x1 1 1 1 1 1e e
2 e 2 e 2 e
1
2e
Άλλος τρόπος
Για είναι x 12 2 2x xt t x
1 1
1 1 1e dt te dt e
2 e 2e
.
δ) 2
2 2
2
11 1x1 x x3
x
x 0 x 0 x 0 x 0 x 02
2e
1 e xA lim xf lim xe lim lim 2 lim1 1x xx x
e
2
1
x
x 0
12 lim e ( ) ( )
x
.
Σελίδα 31 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
ε) Είναι:
(ΔΑ): f (α) f (0)
y f (0) (x 0)α 0
f (α) 1y 1 x
α
.
ΔA
f (α) 1f (x) y f (x) 1 x
α
, x [0, α] . Άρα:
αα 2α
0 00
f (α) 1 f (α) 1 tf (t)dt 1 t dt α
α α 2
2 α f (α) 1f (α) 1 αα α
α 2 2
2α αf (α) α α αf (α) α1 f (α)
2 2 2
15 Δίνεται η συνεχής συνάρτηση f : (0, + ) με την ιδιότητα:
x
1f(t)dt
f(x) = e
, x > 0
Να αποδειχθεί ότι: α) η f είναι παραγωγίσιμη.
β) , για κάθε x > . 2f (x) = f (x) 0
γ) 1
f(x) =x
, για κάθε . x > 0
Έστω ότι η εφαπτομένη της στο μεταβλητό της σημείο Μ τέμνει τους άξονες στα σημεία Α και Β. Να αποδειχθεί ότι:
fC
δ) MA . = MBε) Το τρίγωνο OAB έχει σταθερό εμβαδόν, ανεξάρτητο δηλαδή από τη θέση του σημείου Μ.
1.
Λύση α) Η συνάρτηση του δευτέρου μέλους είναι συνεχής, ως σύνθεση συνεχών, αφού η f(t) μέσα στο ολοκλήρωμα είναι συνεχής, οπότε η f(x) είναι παραγωγίσιμη.
Σελίδα 32 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
22/03/2015
Σελίδα 33 από 33 Μπάμπης Στεργίου – Μάρτιος 2015
(x)
β) Παραγωγίζοντας έχουμε:
(1) x
1f (t)dt 2f (x) e f (x) f (x) f (x)
αφού . x
1f (t)dt
e f
γ) Από τη δοσμένη σχέση προκύπτει ότι f (x) 0 , και από την (1) έχουμε:
x 0
2
f (x) 1 11 x
f (x) f (x)f (x)
x c (2)
Από την αρχική παίρνουμε f (1) 1 . Με x 1 η (2) δίνει c 0, οπότε:
1
f (x)x
, x 0
δ) Είναι 2
1f (x)
x . Η εφαπτομένη της C στο σημείο f 0
0
1M x ,
x
με
έχει εξίσωση:
0x 0
02 20 00 0
1 1 1y (x x ) y x
x xx x
2
Με είναι y 0 0x 2x . Έτσι . Με 0A(2x , 0) x 0 είναι 0
2y
x , έτσι
0
2B 0,
x
. Είναι 2
0 20
1(MA) x
x και 2
0 20
1(MB) x
x MA MB, οπότε .
(Καλύτερα είναι όμως να διαπιστώσουμε ότι το μέσο του ΑΒ είναι το Μ, αφού
A BM 0
x xx x
2
, A B
M0
y y 1y
2 x
.)
ε) 00
1 1(OAB) (OA) (OB) 2x 2
2 2
2
x τ.μ. σταθερό 0(x 0).