2024年考研数二第21题解析:证明绝对值式子小于XX,需要“两头围堵”

第 (2) 问

对第(1)问证得的结论 $f(x)$ $-$ $f(0)(1-x)$ $-$ $f(1) x$ $\leq$ $\frac{x(1-x)}{2}$ 两边同时取从 $0$ 到 $1$ 的定积分,可得:

$$
\textcolor{orangered}{\int_{0}^{1}} [f(x)-f(0)(1-x)-f(1) x] \textcolor{orangered}{\mathrm{~d} x} \leq \textcolor{orangered}{\int_{0}^{1}} \frac{x(1-x)}{2} \textcolor{orangered}{\mathrm{~d} x} \Rightarrow
$$

$$
\int_{0}^{1} \left[ f(x) – f(0) + xf(0) – xf(1) \right] \mathrm{~d} x \leq \frac{1}{2} \int_{0}^{1} (x – x^{2}) \mathrm{~d} x \Rightarrow
$$

$$
\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~d} x + \frac{f(0) – f(1)}{2} – f(0) \leq \frac{1}{2} \left( \frac{1}{2} x^{2} \Big|_{0}^{1} – \frac{1}{3} x^{3} \Big|_{0}^{1} \right) \Rightarrow
$$

$$
\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~d} x + \frac{f(0) – f(1)}{2} – f(0) \leq \frac{1}{2} \left( \frac{1}{2} – \frac{1}{3} \right) \Rightarrow
$$

$$
\textcolor{springgreen}{
\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~d} x-\frac{f(0)+f(1)}{2} \leq \frac{1}{12}
}
$$

类似的,由第(1)问中的结论 $f(x)$ $-$ $f(0)(1-x)$ $-$ $f(1) x$ $\geq$ $-\frac{x(1-x)}{2}$, 可得:

$$
\int_{0}^{1}[f(x)-f(0)(1-x)-f(1) x] \mathrm{~d} x \geq \int_{0}^{1}-\frac{x(1-x)}{2} \mathrm{~d} x
$$

$$
\textcolor{springgreen}{
\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~d} x-\frac{f(0)+f(1)}{2} \geq-\frac{1}{12}
}
$$

综上可得:

$$
\textcolor{springgreen}{
\boldsymbol{
\left|\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~d} x-\frac{f(0)+f(1)}{2}\right| \leq \frac{1}{12}
}
}
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