微分中值定理大總結

2021-02-20 攀言

     

     晚上好,今天對零零散散的微分中值定理做一個總結。

     微分中值定理不是一個定理,而是對羅爾定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理的總稱,下面分別來看。

     一:羅爾定理

     設函數f(x)滿足以下條件:

     (1)在閉區間[a,b]上連續;

     (2)在開區間(a,b)內可導;

     (3)在區間兩端點處的函數值相等,即f(a)=f(b).

     那麼至少存在一點ε∈(a,b),使得函數在該點處的導數為零,即f'(ε)=0.

     通常稱導數等於零的點為函數的駐點(或穩定點、臨界點)。

     看起來條件很多,但其實畫個圖全都明白了,請看:

     

請看圖中,那個點ε1和點ε2,過這兩點的切線的斜率為0(也就是平行於x軸),所以函數在這兩點的導數為零。

       二:拉格朗日中值定理

       這是一個非常非常重要的定理,可以說是微分中值定理中最重要的了,因為其他定理都是由它推出來的!

       定理的具體內容是這樣的:

       設函數f(x)滿足以下條件:

       (1)在閉區間[a,b]上連續;

       (2)在開區間(a,b)內可導;

       則至少有一點ε∈(a,b),使得不等式f(b)-f(a)=f'(ε)(b-a)或

       f'(ε)=f(b)-f(a)/b-a成立。

       可以看到,當f(a)=f(b)時,本定理的結論即為羅爾定理的結論,這表明羅爾定理是拉格朗日中值定理的一個特殊情形。

       關於這個定理,真的要大寫特寫一番了,請看一道證明題吧:

       證明:當x>0時,1/1+x < ln(1+x) - lnx < 1/x.

       這是證明過程~~~: 函數f(x)=lnx在區間[x,1+x]上滿足拉格朗日中值定理的條件,所以有:f(1+x)-f(x)=ln(1+x)-lnx=f'(ε)(1+x-x)=1/ε,  其中,ε∈(x,1+x),而,又因為:x<ε<1+x,所以有:1/1+x < 1/ε < 1/x,從而得證:

      1/1+x < ln(1+x) - lnx < 1/x。

      三:柯西中值定理

      如果函數f(x),F(x)在閉區間[a,b]上連續,在開區間(a,b)內可導,且F'(x)不等於0,那麼至少有一點ε∈(a,b),使得等式    

成立。

      這就是今天的內容,好累,晚安

            

   

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