设 f(x) 在 [0,1] 上具有二阶导数,且 [0,1] 上成立 ∣f(x)∣⩽A,∣f′′(x)∣ ⩽B. 证明
∣f′(x)∣⩽2A+21B,x∈[0,1].
思路 根据带 Lagrange 余项的 Taylor 公式, 写出f(0),f(1)在c的展开式,相减消去即可。
证明思路:任取c∈[0,1], 只需证∣f′(c)∣⩽2A+21B,c∈[0,1].
证 对于任意 c∈[0,1],f(x) 在 x=c 处的带 Lagrange 余项的 Taylor 公式为
f(x)=f(c)+f′(c)(x−c)+21f′′(ξ)(x−c)2,x∈[0,1],
其中 ξ 在 c 与 x 之间,因此 ξ∈[0,1].特别地有
f(0)=f(c)+f′(c)(0−c)+21f′′(ξ1)(0−c)2f(1)=f(c)+f′(c)(1−c)+21f′′(ξ2)(1−c)2
其中 ξ1,ξ2∈[0,1]. 将以上两式相减得
f′(c)=f(1)−f(0)−21[f′′(ξ2)(1−c)2−f′′(ξ1)c2],
于是由已知条件得
f′(c)≤∣f(1)∣+∣f(0)∣+21[∣f′′(ξ2)∣(1−c)2+∣f′′(ξ1)∣c2],
≤2A+21B[(1−c)2+c2]
这里,二次函数g(c)=(1−c)2+c2,根据二次函数的知识,21≤f(c)≤1
所以,∣f′(c)∣≤2A+21B.