应该是罗尔中值定理:微分学中一条重要的定理,三大微分中值定理之一。
罗尔(Rolle)中值定理是微分学中一条重要的定理,是三大微分中值定理之一,其他两个分别为:拉格朗日(Lagrange)中值定理、柯西(Cauchy)中值定理。
罗尔定理描述如下:
如果 R 上的函数 f(x) 满足以下条件:(1)在闭区间 [a,b] 上连续,(2)在开区间 (a,b) 内可导,(3)f(a)=f(b),则至少存在一个 ξ∈(a,b),使得 f'(ξ)=0。
证明过程
证明:因为函数 f(x) 在闭区间[a,b] 上连续,所以存在最大值与最小值,分别用 M 和 m 表示,分两种情况讨论:
1. 若 M=m,则函数 f(x) 在闭区间 [a,b] 上必为常函数,结论显然成立。
2. 若 M>m,则因为 f(a)=f(b) 使得最大值 M 与最小值 m 至少有一个在 (a,b) 内某点ξ处取得,从而ξ是f(x)的极值点,又条件 f(x) 在开区间 (a,b) 内可导得,f(x) 在 ξ 处取得极值,由费马引理推知:f'(ξ)=0。
另证:若 M>m ,不妨设f(ξ)=M,ξ∈(a,b),由可导条件知,f'(ξ+)<=0,f'(ξ-)>=0,又由极限存在定理知左右极限均为 0,得证。
几何意义
若连续曲线y=f(x) 在区间 [a,b] 上所对应的弧段 AB,除端点外处处具有不垂直于 x 轴的切线,且在弧的两个端点 A,B 处的纵坐标相等,则在弧 AB 上至少有一点 C,使曲线在C点处的切线平行于 x 轴。
几种特殊情况
(1)有界开区间上的有界函数
若函数
在区间
上连续且可导,并有
,则至少存在一个
,使得
。
(2)有界区间上的无界函数
若函数
在区间
上连续且可导,并有
(或
),则至少存在一个
,使得
。
(3)无界区间上的有界函数
若函数
在区间
上连续且可导,并有
,则至少存在一个
,使得
。
(4)无界区间上的无界函数
若函数
在区间
上连续且可导,并有
(或
),则至少存在一个
,使得
。
(5)半无界区间上的有界函数
若函数
在区间[
)上连续且可导,并有
,则至少存在一个
,使得
。
(6)半无界区间上的无界函数
若函数
在区间[
)上连续且可导,并有
(或
),则至少存在一个
,使得
。
证明
这里仅选择特殊情况(2)、(3)加以证明,其余证明的思路大致类似。
定理 若函数
在区间
上连续且可导,并有
。则至少存在一个
,使得
。
证明:至少可取到一点
,使
,否则
恒等于
,对于任意的实数
,都有
。
不妨设
,取
,显然
。根据极限定义,由
可得
,当
时,有
,
,
,
任取
,则有
,
。
利用
,类似地可知存在
,使
。
定理 若函数
在区间
上连续且可导,并有
。则至少存在一个
,使得
。
证明:任取
,因为
,所以至少存在一点
,使
。
类似地由
可知存在一点
,使
。
这就有了
且
,
于是,
在闭区间
上连续,则在闭区间
上必有
的最小值点
,由于闭区间
的两个端点都不可能是
的最小值点,由此可知
,根据费马定理可知
。
范例解析:用罗尔中值定理证明:方程3
在 (0,1) 内有实根。
证明:设
则 F(x) 在 [0,1] 上连续,在 (0,1) 内可导,
,所以由罗尔中值定理,至少存在一点
,使得
,所以
,所以ξ是方程
在 (0,1) 内的一个实根。
结论得证。
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