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第六章 微分中值定理及其应用
§1 Lagrange 定理和函数的单调性
一 、Roll中值定理与Lagrange中值定理
定理6.1 (Roll定理) 若满足:(1) (2)在可导 (3),则
证明:必在有最大值M和最小值m,若M=m,则为上的常值函数,结论显然;若Mm,则M与m必有其一在内部某点取得,故为必极值点,由Fermat 知 .
例1 在R上可导,若无实根,则=0至多只有一实根
定理6.2(Lagrange) 若满足1),2)则 —— Lagrange中值公式
证明:作辅助函数即可。
Lagrange中值公式的基本形式
例2 证明对一切h-1,h0 成立不等式
证明:考虑函数,x在0与h之间,显然在0到h组成的闭区间上连续,开区间上得,当h0时, ①; 当-1h0时,11+h1+h0 ②;由①②知,当h-1时,且h0时,
推论1 若f在区间I上可导,且 则f为I上的一个常量函数.
证:,设,则f在上满足Lagrange中值定理的条件.
, s.t. ; 这说明I上任意两点处f的值皆相等,故f在I上为常量函数.
例 证明:在上恒有
证明:设 ,则f(x)在[-1,1]上连续,在[-1,1]可导.且,
而,
推论2 若f,g在I上皆可导,且,则在I上与至多只相差一个常数,即 (c为常数)
推论3 (导数极限定理) 设f在的某邻域内连续,在内可导,且存在,则f在可导,且
证明:按左右导数证之.,f在上满足Lagrange定理 条件,, s.t. 又,当时,, 对上式两边取极限.
设,同理可设 ,又存在,记为K,故
例3 求分段函数的导数.
解:略
定理 区间I上处处可导的函数f其导函数在I上不可能有第一类间断点.
二 、 单调函数
定理6.3 设f在I上可导,则f在I上递增(减)的充要条件是
证明:若f为增函数,当时,,由不等式性知,反之,若f在I上恒有,则对且对f在上用Lagrange中值定理,当,s.t. 在I上增。
例4 设f(x)=x3-x, 试讨论函数f(x) 的单调区间.
定理6.4 若f在内可导,则f在内严格单增(单减)的充要条件是(ⅰ)
(ⅱ) 在内的任何子区间上
推 论 若f在区间I上可微,若则f在I上严格递增(递减)
例5 证明不等式 exx+1, x≠0.
复述定理6.4及推论
设,
证明:
证明:
,,,:
,,用
,
例2 .
例3 .
例4
证明:,,
,
,,又中
,,
,.
§2 Cauchy中值定理和不定式极限
一 、 Cauchy
设满足: 在上都连续;; ; ;
证明:作辅助函数,易知上满足Roll定理的条件,故有结论。
注: 1)可否对分别用Lagnange中值定理证之
2)几何意义
,,
例1 证明:.
即证
证明: Cauchy中值定理的条件,即证。
二 、不定式极限 (法则)
1、 型不定式极限
定理6.6 若满足:;
证明:补充定义,
用 Cauchy中值定理得:
.
注:1)定理中,
仍为型不定式,可再次用法则
例2 求
例3 求
解:
例4 求
2、 型不定式集极限
定理: 若满足 ;
在的某邻域内可导,且
则
证明:证A为定数的情形,由,对当满足时有,由,对在上用中值定理,即 由 有:,
由
,
3、 其它类型不定式极限
还有等型不等式,主要通过将其转化为型来处理。
例7 求
例8 求
解:此为型
例9 求 ( k 为常数)
求
设且已知
解:
求
解:先求
§3 公式
多项式逼近函数为其实质
一、 带有型余项的公式
在可微,则
用一次多项式代替,误差为一次项的高阶无穷小,对实际问题需要误差更高阶无穷小为此,设
在的各阶导数分别为
即 , , ,…,
这说明,多项式的各项系数由在的各阶导数以唯一确定。
对于一般函
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