微分中值定理

1第4章微分中值定理

與導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用§4.1微分中值定理一、羅爾(Rolle)定理二、拉格朗日中值定理三、柯西(Cauchy)中值定理Page2中值定理應(yīng)用研究函數(shù)性質(zhì)及曲線性態(tài)利用導(dǎo)數(shù)解決實(shí)際問題羅爾中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理泰勒公式(第三節(jié))推廣Page3一、羅爾(Rolle)定理費(fèi)馬(fermat)引理且存在證:

設(shè)則證畢Page4羅爾（Rolle）定理滿足:(1)在區(qū)間[a,b]上連續(xù)(2)在區(qū)間(a,b)內(nèi)可導(dǎo)(3)

f(a)=f(b)使證:故在[a,b]上取得最大值

M

和最小值m.若M=

m,則因此在(a,b)內(nèi)至少存在一點(diǎn)Page5若M>

m,則M和m

中至少有一個(gè)與端點(diǎn)值不等,不妨設(shè)則至少存在一點(diǎn)使注意:1)定理?xiàng)l件不全具備,結(jié)論不一定成立.例如,則由費(fèi)馬引理得Page6使2)定理?xiàng)l件只是充分的.本定理可推廣為在(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且在(a,b)內(nèi)至少存在一點(diǎn)證明提示:

設(shè)證

F(x)在[a,b]上滿足羅爾定理.Page7例1.證明方程有且僅有一個(gè)小于1的正實(shí)根.證:1)存在性.則在[0,1]連續(xù),且由介值定理知存在使即方程有小于1的正根2)唯一性.假設(shè)另有為端點(diǎn)的區(qū)間滿足羅爾定理?xiàng)l件,至少存在一點(diǎn)但矛盾,故假設(shè)不真!設(shè)Page8求證存在使例2.設(shè)可導(dǎo)，且在連續(xù)，證：因此至少存在顯然在上滿足羅爾定理?xiàng)l件,即設(shè)輔助函數(shù)使得Page9二、拉格朗日中值定理(1)在區(qū)間[a,b]上連續(xù)滿足:(2)在區(qū)間(a,b)內(nèi)可導(dǎo)至少存在一點(diǎn)使思路:利用逆向思維找出一個(gè)滿足羅爾定理?xiàng)l件的函數(shù)作輔助函數(shù)顯然,在[a,b]上連續(xù),在(a,b)內(nèi)可導(dǎo),且證:問題轉(zhuǎn)化為證由羅爾定理知至少存在一點(diǎn)即定理結(jié)論成立.證畢Page10拉格朗日中值定理的有限增量形式:推論:若函數(shù)在區(qū)間I

上滿足則在

I上必為常數(shù).證:

在

I

上任取兩點(diǎn)日中值公式,得由的任意性知,在

I

上為常數(shù).令則Page11例3.證明等式證:

設(shè)由推論可知(常數(shù))令x=0,得又故所證等式在定義域上成立.自證:經(jīng)驗(yàn):欲證時(shí)只需證在

I

上Page12例4.證明不等式證:

設(shè)中值定理?xiàng)l件,即因?yàn)楣室虼藨?yīng)有Page13設(shè)證明對(duì)任意有證：例5.不妨設(shè)Page14三、柯西(Cauchy)中值定理分析:及(1)在閉區(qū)間[a,b]上連續(xù)(2)在開區(qū)間(a,b)內(nèi)可導(dǎo)(3)在開區(qū)間(a,b)內(nèi)至少存在一點(diǎn)使?jié)M足:要證Page15證:

作輔助函數(shù)且使即由羅爾定理知,至少存在一點(diǎn)思考:

柯西定理的下述證法對(duì)嗎?兩個(gè)

不一定相同錯(cuò)!上面兩式相比即得結(jié)論.Page16柯西定理的幾何意義:注意:弦的斜率切線斜率Page17例6.設(shè)至少存在一點(diǎn)使證:

結(jié)論可變形為設(shè)則在[0,1]上滿足柯西中值定理?xiàng)l件,因此在(0,1)內(nèi)至少存在一點(diǎn)

,使即證明Page18例7.試證至少存在一點(diǎn)使證:

法1

用柯西中值定理.則f(x),F(x)在[1,e]上滿足柯西中值定理?xiàng)l件,令因此即分析:Page19例7.試證至少存在一點(diǎn)使法2令則f(x)在[1,e]上滿足羅爾中值定理?xiàng)l件,使因此存在Page20內(nèi)容小結(jié)1.微分中值定理的條件、結(jié)論及關(guān)系羅爾定理拉格朗日中值定理柯西中值定理2.微分中值定理的應(yīng)用(1)證明恒等式(2)證明不等式(3)證明有關(guān)中值問題的結(jié)論關(guān)鍵:

利用逆向思維設(shè)輔助函數(shù)費(fèi)馬引理Page21思考與練習(xí)1.填空題1)函數(shù)在區(qū)間[1,2]上滿足拉格朗日定理?xiàng)l件,則中值2)設(shè)有個(gè)根,它們分別在區(qū)間上.方程Page222.

設(shè)且在內(nèi)可導(dǎo),證明至少存在一點(diǎn)使提示:由結(jié)論可知,只需證即驗(yàn)證在上滿足羅爾定理?xiàng)l件.設(shè)Page233.

若可導(dǎo),試證在其兩個(gè)零點(diǎn)間一定有的零點(diǎn).提示:設(shè)欲證:使只要證亦即作輔助函數(shù)驗(yàn)證在上滿足羅爾定理?xiàng)l件.Page244.思考:在即當(dāng)時(shí)問是否可由此得出不能!因?yàn)槭且蕾囉趚

的一個(gè)特殊的函數(shù).因此由上式得表示x

從右側(cè)以任意方式趨于0.應(yīng)用拉格朗日中值定理得上對(duì)函數(shù)Page25費(fèi)馬(1601–1665)法國數(shù)學(xué)家,他是一位律師,數(shù)學(xué)只是他的業(yè)余愛好.他興趣廣泛,博覽群書并善于思考,在數(shù)學(xué)上有許多重大貢獻(xiàn).他特別愛好數(shù)論,他提出的費(fèi)馬大定理:1994年由英國數(shù)學(xué)家證明.他還是微積分學(xué)的先驅(qū),費(fèi)馬引理是后人從他研究最大值與最小值的方法中提煉出來的.Page26拉格朗日(1736–1813)法國數(shù)學(xué)家.他在方程論,解析函數(shù)論,及數(shù)論方面都作出了重要的貢獻(xiàn),近百余年來,數(shù)學(xué)中的許多成就都直接或間接地溯源于他的工作,他是對(duì)分析數(shù)學(xué)產(chǎn)生全面影響的數(shù)學(xué)家之一.Page27柯西(1789–1857)法國數(shù)學(xué)家,他對(duì)數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)主要集中在微積分學(xué),《柯西全集》共有27卷.其中最重要的的是為巴黎綜合學(xué)校編