叙述罗尔中值定理
谈谈罗尔中值定理定理的应用及其意义?
谈谈罗尔中值定理定理的应用及其意义?
应用:罗尔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。
意义:
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#39(ξ)=0。
谈谈罗尔中值定理定理的应用及其意义?
从几何意义上来理解的话,若在某闭区间内连续可导函数在该闭区间两端点处函数值相等,即连续光滑曲线在闭区间端点处等高,则曲线在该区间内存在水平切线。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。
谈谈罗尔中值定理定理的应用及其意义?
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#39(ξ)=0。
基本信息
中文名
罗尔中值定理
外文名
Rolle#39s theorem
别名
罗尔定理
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 Mgtm,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#39(ξ)=0。
另证:若 Mgtm ,不妨设f(ξ)=M,ξ∈(a,b),由可导条件知,f#39(ξ )lt=0,f#39(ξ-)gt=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。