奇函数在零点满足 f(0)=−f(0),故 f(0)=0。题设二阶可导保证 f 在 [0,1] 连续、在 (0,1) 可导。由拉格朗日中值定理,存在 ξ∈(0,1),使 f′(ξ)=(1−0)[f(1)−f(0)]=1。
(1)目标中的 f′′+f′−1 可以借指数因子凑成导数,令 F(x)=ex(f′(x)−1),则 F′(x)=ex[f′′(x)+f′(x)−1]。指数因子非零,所以只需证明 F′ 有零点。(2)由奇函数恒等式 f(−x)=−f(x) 求导得 f′(−x)=f′(x)。沿用前问的 ξ∈(0,1),有 f′(ξ)=f′(−ξ)=1,故 F(ξ)=F(−ξ)=0。(3)因为 f 二阶可导,f′ 可导且连续,故 F 在 [−ξ,ξ] 连续,在 (−ξ,ξ) 可导。由罗尔定理,存在 η∈(−ξ,ξ)⊂(−1,1),满足 F′(η)=0。于是 eη[f′′(η)+f′(η)−1]=0,除以非零的 eη,得到 f′′(η)+f′(η)=1。