微分中值定理与导数的应用1.ppt

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第一节 微分中值定理 一、 罗尔定理 定理1 (罗尔(Rolle)定理) 如果函数f(x)满足: (1) 在[a,b]上连续, (2) 在(a,b)内可导, (3) f(a)=f(b), 则至少存在一点∈(a,b), 使得f()=0. 证 因为f(x)在[a,b]上连续,f(x)在[a,b]上必取得最大值M和最小值m. (1) 如果M=m, 则f(x)在[a,b]上恒等于常数M, 因此,对一切x∈(a,b),都有 f(x)=0.于是定理自然成立. (2) 若M>m,由于f(a)=f(b),因此M和m中至少有一个不等于f(a).设M≠f(a),则f(x)应在(a,b)内的某一点处达到最大值,即f()=M,下面证明f()=0. 因f(x)在达到最大值,所以不论x是正的还是负的, 总有 f( + x)-f()≤0. 当x>0时, 根据极限的保号性,有 当x0时, 从而必须有f()=0. 例1 验证罗尔定理对函数f(x)= x2-2x+3在区间[-1,3]上的正确性. 注 罗尔定理的三个条件缺少其中任何一个,定理的结论将不一定成立. 显然函数f(x)= -2x+3在[-1,3]上满足罗尔定理的三个条件, 解 由f(x)=2x-2=2(x-1),可知f(1)=0, 因此存在=1∈(-1,3),使f(1) =0. 例2 证 由介值定理 即为方程的小于1的正实根. 矛盾, )= 由连续函数介值定理知至少存在一点 在[0,1]上有且仅有一个 0≤f(x)≤1,且对于(0,1)内所有x,有f′(x)≠1,求证 例3 设f(x)在[0,1]上可导,当0≤x≤1时, ,使f( 证 令F(x)=f(x)-x,则F(1)=f(1)-1≤0,F(0)=f(0)≥0. ∈[0,1], 使得F( ,下面证明在[0,1]上 )=   即f( 仅有一点 ,使F( )=0. 假设另有一点 )=0. ,则由罗尔定理可知,在[ , ]上至少有 一点 ξ ,使 这与原题设矛盾.这就证明了在[0,1] 内有且仅有 )= . 一个 ,使f( )=0, ∈[0,1],使得F( 不妨设  F′(ξ)=0,即f′(ξ)=1, 二、 拉格朗日中值定理 证 作辅助函数 F(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导,且 故 F(x)满足罗尔定理的条件,从而至少存在一点∈(a,b),使得F()=0,即 因此得 拉格朗日中值定理中的公式称为拉格朗日中值公式,此公式也可以写成 f(b)-f(a)= f()(b-a) (a<<b) 另外,由于是(a,b)中的一个点,它还可以表示成  =a+(b-a)(0< <1),于是,拉格朗日中值公式又可写成 f(b)-f(a)=(b-a)f[a+ (b-a)] (0<<1)   要注意的是,在公式中,无论a<b或a>b,公式总是成 立的,其中ξ是介于a与b之间的某个数. 注意:拉氏公式精确地表达了函数在一个区间上的增量 与函数在这区间内某点处的导数之间的关系. 例4 证 例5 证明不等式 对一切x>0成立. <ln(1+x)<x 1 ), 证 由于f(x)=ln(1+x)在[0,+∞)上连续、可导, 对任何x>0,在[0, x]上运用微分中值公式,得 (0 1). 即 ln(1+x)= < 由于 <x, 因此当x>0时,有 < f(x)-f(0)=f′( x)x, (0 ln(1+x)<x. 推论1 如果f(x)在开区间(a,b)内可导,且f(x)≡0,则在(a,b)内,f(x)恒为一个常数. 证 在(a,b)内任取两点x1, x2, 设x1 x2 ,显然f(x)在[x1,x2]上满足拉格朗日中值定理的条件 因为 f(x)≡0,所以 f()=0 . 从而 f(x2)=f(x1) . 例4 证 推论2 若f(x)及g(x)在(a,b)内可导,且对任意x∈(a,b),有f(x)=g(x),则在(a,b)内,f(x)=g(x)+C(C为常数). 证 因[f(x)-g(x)] =f(x)-g(x)=0, 由推论1,有f(x)-g(x)=C, 即f(x)=g(x)+C,x∈(a,b). 三、 柯西中值定理 证 若g(a)=g(b),则由罗尔定理,至少存在一点1∈(a,b),使g(1)=0,这与定理的假设矛盾.故g

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