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[理学]21 微分中值定理2
湘潭大学数学与计算科学学院 作业 分析 只要证 由拉格朗日中值定理可知, 证 改写(2.1.3)式为 则只需证明方程 有根. 令 则g(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b) 内可导,且 即g(x)在区间[a,b]上满足罗尔定理的条件. 因此, 在开区间(a,b)内至少存在一点 使得 即 又因为 则 且 则 注 若取 则 则(2.1.3)式变成 即为拉格朗日中值定理. 是柯西中值定理的特殊情形. 可见拉格朗日中值定理 柯西定理的几何意义: 当曲线由参数方程给出 注意: 弦的斜率 切线斜率 例11 验证柯西中值定理对于函数 解 易知 sinx 和 cosx 在闭区间 上连续,在 开区间 内可导,且 由 湘潭大学数学与计算科学学院 上一页 下一页 返回首页 一、 罗尔定理 二、 拉格朗日中值定理 三、 柯西中值定理 2.1 微分中值定理 四、 小结 一、罗尔定理 若函数 f(x) 在闭区间[a, b]上连续,在开区间 (a, b) 内可导,且在区间端点处的函数值相等,即 则在开区间(a, b)内至少存在一点 使得 证 上连续,故在[ a , b ]上取得最 大值和最小值. 于是, 有两种可能情形: (1) f(x) 在区间[a, b]上恒为常数. 因此 (2) 那么,在开 因此 注意 1) 当定理条件不全具备时, 结论不一定成立. 例如 2) 满足定理中三个条件的函数 f(x), 函数 必定有零点,零点的个数可能有多个. 3) 罗尔定理的几何意义: 函数 f(x) 在闭区间[a, b]上满 足定理条件时, 在(a, b)内的曲 例1 验证罗尔定理对函数 线弧 f(x)上必存在水平切线. 解 函数 显然在 上连续, 而 例2 分析 利用中值定理证明存在点满足等式, 通常的 方法用还原法: 即: 改写结论为 把等式还原成x的方程. 因此,函数 g(x) 在区间 [0, a]上满足罗尔定理的 三个条件,则至少有点 使 即 也即 证 令 设 f(x) = 0 的正根为 x=a, 则 例3 分析 设函数 f (x) 在[ 0, 3 ]上连续, 在( 0, 3 )内可导, 且 分析 所给条件可写为 试证必存在 想到找一点 c , 使 证 因 f (x) 在[0, 3]上连续, 所以在[ 0, 2 ]上连续, 且在 [ 0, 2 ]上有最大值 M 与最小值 m, 故 由介值定理, 至少存在一点 由罗尔定理知, 必存在 例4 二、拉格朗日中值定理 若函数 f(x) 在闭区间[a, b]上连续,在开区间 (a, b) 内可导, 则在开区间(a, b)内至少存在一点 使得 证 如图,直线AB的方程为 (2.1.1) 构造辅助函数 由罗尔定理,则在开区间 (a, b) 即 所以 注 1) 在拉格朗日中值定理中,若加上条件 则结论变成 因此,罗尔定理是拉格朗日中值定理的特殊情形. 2) 拉格朗日中值定理的几何意义: 有不垂直于 x 轴的切线,那么曲线弧 上至少 有一点 C, 使曲线在点C 处的切线平行弦 AB . 为拉格朗日中值公式.显然,公式对 ba 也成立. 拉格朗日中值定理的有限增量形式: 若令 则可记 (2.1.2) 称 则 可写成 它精确地表达了函数在一个区间上的增量与函数 也称有限增量公式. 在这区间内某点处的导数之间的关系. 因此, 拉格朗 日中值定理也称有限增量定理. 推论 2.1.1 若函数 在区间 I 上满足 则 在 I 上必为常数. 证 在 I 上任取两点 格朗日中值公式 , 得 由 的任意性知, 在 I 上为常数 . 因此有 推论2.1.2 如果函数 f(x) 和 g(x)在区间 I上可导, 且 则在区间 I上 其中 C 为任意常数. 证 由于 则 由推论2.1.1,可知 例5 验证拉格朗日中值定理对于函数 在区间 上的正确性. 解 显然在区间 上连续,在区间 内可导.而 由 解得 故可取 使 成立. 例6 证明:当 -1x1 时, 证 令 则 则 例7 证明不等式 证 设 朗日中值定理条件, 即 因此 满足拉格 则 因为 故 例8 分析 证 而 则 从而 例9 设 f (x) 在区间 [0, 1]上连续, (0, 1) 内可导, 且 证明 分析 1. 要证 有根. 即方程 令 则g(x)在[0,1]连续, 且 由零点存在定理得证. 有 从而有 例10 证 因为f (x) 在[a, c],[c, b]上 分别满足拉氏中值定理条件, 则 设 f (x) 在 [a, b]
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