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記事No.68117に関するスレッドです

中間値の定理? / meow
どのように証明すればよいのかまったくわかりません.
No.68117 - 2020/07/19(Sun) 17:34:50

Re: 中間値の定理? / IT
もっとストレートな方法があるかも知れませんが、定積分を使ってみました。

b,c ∈(0,a) ,b<c とする。
f(0)=0 なので、
 f(b)/b=∫[0,b]f'(t)dt/b, f(c)/c=∫[0,c]f'(t)dt/c

f''(x)>0なので f'(x)は狭義単調増加
したがって
 x ∈(0,b)でf'(x)<f'(b) よって ∫[0,b]f'(t)dt<bf'(b)
 x ∈(b,c)でf'(b)<f'(x) よって ∫[b,c]f'(t)dt>(c-b)f'(b)
等号が成り立たないことを示すには、もう少し厳密な議論が要るかも。
∴∫[b,c]f'(t)dt>(c-b)∫[0,b]f'(t)dt/b

f(c)=∫[0,b]f'(t)dt+∫[b,c]f'(t)dt
>∫[0,b]f'(t)dt+(c-b)∫[0,b]f'(t)dt/b
=(c/b)∫[0,b]f'(t)dt
=(c/b)f(b)

∴f(c)/c>f(b)/b

No.68120 - 2020/07/19(Sun) 18:30:53

Re: 中間値の定理? / IT
ほとんど同じことですが、「定積分の平均値の定理」 を使えば良いですね。

普通の「平均値の定理」でも出来るかも。

No.68121 - 2020/07/19(Sun) 19:06:46

Re: 中間値の定理? / ast
f(x) を 0 のまわりで (剰余項が 2-階導函数で書けるところまで) テイラー展開すると, f(0)=0 だから f(x)/x = f'(0)+f''(c(x))x/2 (0< c(x)< x) のような形になり, (c(x) は x に依存して変化するので一次式なわけではないが) 各点 x において瞬間の傾き f''(c(x)) は仮定により正なので単調増大であることは十分保証できる, というのはどうでしょうか.
No.68122 - 2020/07/19(Sun) 19:22:46

Re: 中間値の定理? / IT
普通の平均値の定理で簡単に言えますね。b,c は前記のとおりとします。途中、はしょってますので、埋めてください。
平均値の定理とf"(x)>0,f(0)=0から、
 f(b)/b=(f(b)-f(0))/(b-0)=f'(β)<f'(γ)=(f(c)-f(b))/(c-b),  (0<β<b<γ<c)
通分して整理 cf(b)<bf(c) ∴ f(b)/b<f(c)/c

No.68123 - 2020/07/19(Sun) 19:29:49

Re: 中間値の定理? / 黄桃
昔聞いた方法を紹介します。
以下の(*)は、今の高校数学ではf’’(x)>0からいえるといっていいかどうかわからないですが参考まで。
0<b<cO(0,0), B(b,f(b)),C(c,f(c))
とおきます。示すべきことは、f(b)/b<f(c)/c です。

f’’(x)>0 とは、f(x)が下に凸ということ。
f(x)が下に凸ということは、O,Cを除く線分OC上の点はy=f(x)より上にあるということ(*)。
つまり、直線OCより下にBがあるということ。したがって、OBの傾きの方がOCの傾きより小さいということ。
これを式でかけば、f(0)=0より、
f(b)/b<f(c)/c
となります。

#入試問題としてまじめにやるならITさんのように(OBの傾き)<(BCの傾き)を平均値の定理を使って示すのでしょう。

No.68127 - 2020/07/19(Sun) 20:43:33

Re: 中間値の定理? / meow
皆さん回答ありがとうございます.
マクローリン展開する方法はまったくもって予想外でした.
平均値の定理がいちばん簡潔なのかな?とも思いました.
もう一度確認し,解いてみようと思います.
ITさん,astさん,黄桃さん.ありがとうございました.

No.68129 - 2020/07/20(Mon) 00:26:53