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2024-10-19 06:00:18

三次罗尔定理

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【#三次罗尔定理#】

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

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。

【#三次罗尔定理#】到此分享完毕,希望对大家有所帮助。