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设f(x)在[a b]上连续 且对一切不大于正整数N的非负整数n 都有∫abxnf(x)dx
问题详情
设f(x)在[a,b]上连续,且对一切不大于正整数N的非负整数n,都有∫abxnf(x)dx=0,试证f(x)在(a,b)内至少有N+1个零点.
参考答案
如果f(x)≡0,则结论显然成立.
如果f(x)≠0,则可以证明,至少存在N+1个点x1,x2,…,xN+1∈(a,b),x1<x2<…<xN+1,使得f(x)在xk(k=1,2,…,N+1)的左、右邻域内符号相反.事实上,假设这样的点只有m个,m≤N,不妨设x∈(a,x1)时,f(x)≥0,x∈(x1,x2)时,f(x)≤0,依此类推.令p(x)=(x1-x)(x2-x)…(xm-x),则当x∈(a,b)时,f(x)p(x)≥0,且f(x)p(x)≠0,于是由f(x)p(x)的连续性知
∫abf(x)p(x)dx>0 (1)
另一方面,由于p(x)是x的m次多项式,且m≤N,所以由题设条件得
∫abf(x)p(x)dx=0
但这与(1)式相矛盾,因此至少存在N+1个点x1,x2,…,xN+1属于(a,b),使得f(x)在xk(k=1,2,…,N+1)的左、右邻域内符号相反.故由f(x)的连续性知f(x0)=0 (k=1,2,…,N+1).于是f(x)在(a,b)内至少有N+1个零点.