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微积分解题中拉格朗日中值定理的运用初探
严海霞
【摘要】拉格朗日中值定理在微积分学中有着重要的地位,它建立起函数和其导数
之间的关系,并且能够借助于导数的性质来推导出函数的性质,以达到对函数进行分
析的目的。本文对拉格朗日中值定理在微积分解题中运用进行探讨,对其在不等式、
极限以及级数收敛性的判断上的运用进行分析和归纳。
【期刊名称】《山东农业工程学院学报》
【年(卷),期】2015(000)008
【总页数】2页(P31-32)
【关键词】拉格朗日中值定理;微积分;运用
【作者】严海霞
【作者单位】阜宁高等师范学校
【正文语种】中文
【中图分类】G642
在微积分学中的中值定理有着重要的地位,拉格朗日中值定理很好地把函数和其导
数之间的关系联系起来,课本[1]上对其应用仅仅停留在表面,没有对其进行系统
地分析和总结。因此,本文将首先对其进行简要概述,并着重对在不等式问题、求
极限问题以及级数收敛性判定上如何巧妙借用其定理进行分析和研究,并给出实例
加以例证。以促进对学生在学习上对该定理的掌握程度,也促进在教师之间对其的
研究和交流。
拉格朗日中值定理指出,假如函数f(x)具备以下两个条件:①函数f(x)在闭区间
[a,b]上连续;②函数f(x)在开区间(a,b)内可导,则至少存在一点ξ,其取值范
围为(a,b),可以得到:
上面这个表达式给出了该定理的增量形式。将这个增量形式与在a和b之间的ξ
相结合就可以在微积分中对不等式等多种题型进行解答。拉格朗日除了上面这种表
达式外,还有另外几种表达形式,不同的表达形式具有不同的应用范围和作用。
(1)假如要表示曲线上某点切线斜率时,这个表达式可用式(1-1)表示:
(2)当表示函数的改变量和该函数在某一点的导数和自变量相乘的关系时,可以
采用下面(1-2)这个表达形式:
(3)当表示其函数和其导数之间的关系时,可以采用下面(1-3)这个表达形式:
该定理也可以称之为中值公式或者拉格朗日公式,其作为微积分中一个重要理论,
无论在学术上亦或在实际中都具有十分高的地位和研究价值,尤其对不等式证明、
函数求极限以及判定级数的收敛性等问题,应用此定理,将使得需要求解的问题简
单化。
在讨论该定理在微积分中的运用时候,我们必须要分析和研究其证明思路。下面对
该定理的证明思路进行简要分析:
对该定理的证明思路必须引起高度地重视,因为该定理的证明思路是在不等式证明、
极限求解等一切问题中应用的前提依据和重要基础。对于该定理的证明思想,可以
细分为以下几个步骤:
第一,将需要证明的结论中的改为未知变量x,并借助于化简和整理后可以让等式
右边为零,也即下面的(1-4)式:
第二,试图找出(1-4)式的一个原函数,其方法如下式(1-5):
则记为(1-4)的一个原函数。
第三,f(x)就是构造出的辅助函数,再借助于罗尔定理来证明其结论的正确。
借助于罗尔定理,可以得到f(a)=f(b),因此可以知道,f(x)在闭区间[a,b]上满足罗
尔定理的条件,因此,开区间(a,b)上至少会有一点ξ,可以得到F(ξ)=0,从而能
够推导出该定理的基本公式:
2.1拉格朗日中值定理在不等式中的应用
该定理在不等式的运用,其思想是,对于该定理公式中的ξ在开区间(a,b)中取值,
不管的取得的值为多少,都能够借助于ξ在开区间(a,b)的某一值,则能够估计f(x)
的范围,或者也可以认为,在ξ是(a,b)上的取值的基础上,能够确定f(x)取值的
上下界,然后再利用f(x)取值的最大最小值去替换该定理中的f(ξ),这样就很轻
松地得到不等式。为此,首先应该分析该定理在证明不等式的思路和步骤方法。
第一步,要观察不等式的结构,思考假如将其进行变形后是否可以变为该定理的基
本公式相关的形式。
第二步,在可以进行第一步变形的基本要求和前提下,应该分析题目给出的已知条
件来构造出函数f(x)。
第三步,对所构造出的函数f(x),要验证其是不是能够满足该定理的条件。
第四步,借助于f(x)可以满足的不等式的条件求出要题目中需要证明的不等式。
下面,结合几个例题来详细讲解拉格朗日中值定理在不等式中的应用。
例1证明其中h〉0。
证明:设f(x)=arctanx,则可以在区间[0,h]上采用该定理进行运算,也即得:
将(2-1)式变形并整理得到又因为ξ∈(0,h),所以可得:
所以得证。
讨论:对待本题,假如对该定理在不等式中的运用有比较清楚的认识,一般学习者
解题都会构造函数,利用单调
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