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微分中值定理在中学数学中的应用

作者:汪林林

来源:《新校园上旬刊》·2015年第02期

摘要:微分中值定理在中学数学中已成为非常重要的基本定理,为函数与导数之间搭建

起沟通的桥梁。如何加强微分中值定理在中学数学教学中的应用已成为当前很多学者关注的焦

点。本文主要对微分中值定理的相互关系、推广以及具体应用进行探析。

关键词:微分中值定理;中学数学;应用

微分中值定理主要是对一系列中值定理的概括,对研究函数有至关重要的作用。与其相关

的定理主要有罗尔中值定理、拉格朗日中值定理以及柯西中值定理,发挥其在中学数学中的应

用将是推动数学进步的重要保证。

一、微分中值定理的相互关系

微分中值定理1.

微分中值定理主要包括罗尔定理、拉格朗日中值定理与柯西中值定理。其中罗尔定理中,

当函数y=f(x)能够满足闭区间[a,b]连续;开区间(a,b)可导;f(b)=f(a),至少会存

在一点ζ∈(a,b)使f′(ζ)=0。拉格朗日中值定理中,当函数满足y=f(x)[a,b]闭区间连

续,(a,b)开区间可导,则存在一点ζ∈(a,b),使得f′(ζ)=.柯西中值定理中,当函数

y=g(x)与y=f(x)满足闭区间[a,b]连续;开区间(a,b)可导,且f′(x)和g′(x)都不

为0,g(a)≠g(b),将至少有一点ζ∈(a,b),使得=.由此可见,拉格朗日中值定理与柯

西中值定理都会涉及到罗尔定理,而且在前提条件方面都比较接近,因此下文中将会对三者之

间的关系进行探析。

微分中值定理的相互2.联系

罗尔定理、拉格朗日中值定理与柯西中值定理三者之间的关系主要体现在由一般到特殊,

再由特殊到一般。当柯西中值定理条件下G(x)=x,定理将转变为拉格朗日中值定理,如果

再使f(a)=f(b),又会转化为罗尔中值定理。换言之,柯西中值定理的特殊情况是拉格朗

日中值定理,而拉格朗日中值定理的特殊情况是罗尔中值定理。

(1)从理论角度,很多情况下,至少有一点ζ能够使此函数在该区间上的导数值与函数

值保持一定的等量关系。而且定理的中值ζ在通常条件下很难发现,但对于定理理论研究与应

用价值没有过多的影响。因此,对中值定理的掌握,必须要将三者在条件、证明方法、结论及

几何解释方面正确分析,使三个中值定理的关系在相互联系的情况下可以进行区分。

(2)拉格朗日中值定理与柯西中值定理在证明方法上都需应用罗尔定理,以构造新函数

的方法得出结论。一般证明定理的过程必须保证新函数的构造,但构造的新函数应符合罗尔中

值定理的前提条件,而且新函数在结构上必须保持与导数之间的联系。现阶段比较常用的证明

定理的方法是构造辅助函数,采用如原函数法、结论恒等变化形式等适当的方法。

(3)在形式结构上,中值定理的基础为罗尔定理。关于罗尔定理的几何解释,首先通过

这样一个实例,即两点纵坐标相等的y=f(x)连续曲线,而且曲线上的任一一点都存在切

线,那么将会有一点(ζ,f(ζ))使曲线在每个点处的切线保持水平状态。而拉格朗日中值

定理则用自变量的增量乘以函数导数值进行表示Δy=f′(x+θΔx)Δx(0

二、微分中值定理的推广

罗尔中值定理1.

罗尔定理中,当函数y=f(x)能够满足闭区间[a,b]连续;开区间(a,b)可导;f(b)

=f(a),至少会存在一点ζ∈(a,b)使f′(ζ)=0,其具体证明方法:f(x)在闭区间[a,b]

连续,若最大值M与最小值m的存在,当M=m的时候,y=f(x)在(a,b)上是常函数,而

且f′(x)=0恒成立,若最大值与最小值不能相等,在[a,b]上将存在极值点,将其设为x0,

因此可得出f′(x0)=0,至少会有一点ζ∈(a,b)使f′(ζ)=0。从整个证明过程中不难发

现,若函数f(x)在区间内存在导函数,那么区间两端必存在相等的极限值。

拉格朗日中值定理2.

拉格朗日中值定理中,一般可通过构造函数法、区间套定理将罗尔定理在拉格朗日中值定

理中的作用进行证明。若函数f(x)在(a,b)中可导,而且在两个端点存在左右极限,便会

得出这样的结论,即f(x)在(a,b)可导,且存在f(a+0)与f(b+0),那么ζ∈(a,b)

使f′(ζ)=0使f′(ζ)=.

柯西3.中值定理

柯西中值定理在

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