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109 政大微積分 Part I 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 政大 / 微積分

109學年度 · 109微積分 · 第 3 題

題目

Problem

Suppose that ff is a differentiable function such that f′(x)=−f(x)f'(x)=-f(x) and f(x)>0f(x)>0 for all x∈(−∞,∞)x\in(-\infty,\infty). Which of the following statement is false?

(a) f(x)=f(0)e−xf(x)=f(0)e^{-x} for x∈(−∞,∞)x\in(-\infty,\infty).

(b) f′′(x)=f(x)f''(x)=f(x) for x∈(−∞,∞)x\in(-\infty,\infty).

(c) ff is strictly increasing on (−∞,∞)(-\infty,\infty).

(d) Let g(x)=ddxln⁡(f(x))g(x)=\dfrac{d}{dx}\ln(f(x)) for x∈(−∞,∞)x\in(-\infty,\infty). Then gg is a constant function on (−∞,∞)(-\infty,\infty).

(e) lim⁡x→∞f(x)=0\lim_{x\to\infty}f(x)=0.

解答

由 f′(x)=−f(x)f'(x)=-f(x) 且 f(x)>0f(x)>0 可知

f′(x)<0f'(x)<0

對每個 xx 都成立。因此 ff 應嚴格遞減,而不可能嚴格遞增。

也可解這個一階微分方程:

f′(x)f(x)=−1⟹ln⁡f(x)=−x+C⟹f(x)=f(0)e−x.\frac{f'(x)}{f(x)}=-1 \quad\Longrightarrow\quad \ln f(x)=-x+C \quad\Longrightarrow\quad f(x)=f(0)e^{-x}.

所以 (a) 成立,並且 f′′(x)=−f′(x)=f(x)f''(x)=-f'(x)=f(x);又

ddxln⁡f(x)= f′(x)f(x)=−1,\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\ln f(x) =\,\frac{f'(x)}{f(x)}=-1,

確為常數,且 f(x)→0f(x)\to0 當 x→∞x\to\infty。

答案: (c)。