(整理)中值定理的应用方法与技巧.
利用微分中值定理解题的一些技巧
利用微分中值定理解题的一些技
巧
微分中值定理是微分学的理论基础。它是研究函数的有力工具,其中最重要的内容是拉格朗日定理。可以说其他中值定理都是拉格朗日中值定理的特例或推广。熟练应用中值定理真的不容易,尤其是引入辅助函数,更是五花八门。下面给出微分中值定理在一些证明题中的巧妙运用。
一、微分中值定理的主要应用
1. 证明等式;
2. 证明恒等式;
3. 证明不等式;
4.讨论方程实根(或函数零点)的存在性。
二、掌握微分中值定理应用方法的关键
——在分析解题思路时,必须紧紧抓住“定理”、“函数”、“区间”三要素
“定理” ——适用定理的选择
“函数” ——辅助函数的构造
“区间” ——讨论区间的确定。
三、运用中值定理证明关于两个中间点等式的方法
方法一:构造一个辅助函数,在两个不同的区间应用拉格朗日定理或柯西定理,然后对定理的结论做一些运算。
方法二:构造两个辅助函数,在相同的区间内应用拉格朗日定理或柯西定理,然后对定理的结论做一些运算。
方法:构造两个辅助函数,在两个不同的区间应用拉格朗日定理或柯西定理,然后对定理的结论做一些运算。
微分中值定理证明试题范例
设函数f(x)在区间[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且
f(0)=f(1)=0,f(1/2)=1.试证: (1)存在η∈(1/2,1),使
f(η)=η; (2)对任意实数λ,必存在ξ∈(0,η),使得
f'(ξ)-λ[f(ξ)-ξ]1 第二问最后少打了等号,应该是
f'(ξ)-λ[f(ξ)-ξ]=1
(1)证明:由介值定理知,至少存在一点ζ∈(0, 1/2), 使
中值定理证明方法总结
同样, 同样 柯西中值定理要证
即证 设
f (b) − f (a) F′(x) = f ′(x) − g′(x) g(b) − g(a)
原函数法
f (b) − f (a) F(x) = f (x) − g( x) g(b) − g(a)
* 中值定理的条件是充分的 但非必要 因此 中值定理的条件是充分的, 但非必要.
拉氏 目录 上页 下页 返回 结束
三、柯西(Cauchy)中值定理 柯西 中值定理
及 满足 : (1) 在闭区间 [ a , b ] 上连续 (2) 在开区间 ( a , b ) 内可导 (3)在开区间 ( a , b ) 内
f (b) − f (a) f ′(ξ ) = . 至少存在一点 使 F(b) − F(a) F′(ξ ) a <η < b 分析: 分析 F(b) − F(a) = F′(η)(b − a) ≠ 0 f (b) − f (a) F′(ξ ) − f ′(ξ ) = 0 要证 ϕ′(ξ) F(b) − F(a) f (b) − f (a) ϕ(x) = F(x) − f (x) F(b) − F(a)
以拉格朗日及柯西中值定理为例, 说明辅助函数 F ( x) 的 以拉格朗日及柯西中值定理为例, 说明辅助函数 构造作法:. 构造作法: 作法
拉格朗日中值定理的结论: 拉格朗日中值定理的结论
中值定理的应用方法与技巧
中值定理的应用方法与技巧
中值定理是微积分中的一个重要定理,描述了一种函数的平均斜率与
函数其中一点的斜率之间的关系。下面将介绍中值定理的应用方法与技巧。
一、介值定理的应用方法
1.求函数的零点:根据介值定理,如果$f(a)$和$f(b)$异号,那么在
区间$(a,b)$内至少存在一个点$c$,使得$f(c)=0$。因此,通过寻找
$f(a)$和$f(b)$异号的区间,可以确定函数的零点的存在性和位置。
2.确定函数的最值:根据介值定理,如果$f(a)$和$f(b)$是函数
$f(x)$在区间$(a,b)$上的最小值和最大值,那么在区间$(a,b)$内必然存
在一个点$c$,使得$f(c)$是函数的最小值和最大值。因此,可以通过求
解极值点来确定函数的最值。
3.求解方程与不等式:根据介值定理,如果$f(a)<0$且$f(b)>0$,那
么在区间$(a,b)$内至少存在一个点$c$,使得$f(c)=0$。因此,可以通过
将方程或不等式转化为函数,然后求解函数的零点来求解方程或不等式。
4.判断函数的增减性:根据介值定理,如果函数$f'(x)>0$在一些区
间上恒成立,那么函数$f(x)$在该区间上是递增的;如果函数
$f'(x)<0$在一些区间上恒成立,那么函数$f(x)$在该区间上是递减的。
因此,可以通过求导并分析导数的符号来判断函数的增减性。
二、中值定理的技巧
1.构造辅助函数:有时候使用中值定理计算问题会比较复杂,需要构
造辅助函数来简化计算。辅助函数的选择需要考虑计算的便利性和准确性。
微分中值定理的全部基础理论和常见优秀题型解法技巧
1
柯西中值定理 拉格朗日中值定理 洛尔定理 费马定理 根值(零值)定理 有界定理或最大值与最小值定理 n
以下的连续函数在闭区间x ∈[a , b ]的基本定理(只与函数有关)共同条件:闭连续
微分中值 8 定理与积分 3 定理及函数的 9 性质的综合证明题型与技巧
一) 中值八定理
① x ∈[a , b ] ⇒ m ≤ f (x ) ≤ M 。注意 x ∈[a , b ]是闭区间。
② ●
是 介 于 f (a ) 与
f (b ) ⎡⎣
f (a ) ≠ f (b ), ≠ f (a ),
≠ f (b )⎤⎦ 任 一 值 , 则 必
∃ ∈ (a , b ) ⇒ f ( ) = 。注意 ∈ (a , b ) 是开区间。
● 其推论是:当m ≤ ≤ M ,则必∃ ∈[a , b ]
⇒ f ( ) = 。 ∈[a , b ]。注意 ∈[a , b ]是闭区间。
③ f (a ) ⋅ f (b ) < 0 ,则 ∃ ∈ (a , b ) ⇒ f ( ) = 0 。注意 x ∈ (a , b ) 是开区间。
④ x ∈ ( x 0 - , x 0 + ), f (x ) ≥ f (x 0 )或 ≤ f (x 0 ) ,如果 f '(x 0 ) 存在,则 f '(x 0 ) =0。
⑤ f (a ) = f (b ), 则 ∃ ∈ (a , b ) ⇒ f '( ) = 0
⑥ ∃ ∈ (a , b ) ⇒ f (b ) - f (a ) = f '( )(b - a )
⑦ ∃ ∈ (a , b ) ⇒
f (b ) - f (a ) =
(完整版)中值定理的应用方法与技巧
中值定理的应用方法与技巧
中值定理包括微分中值定理和积分中值定理两部分。微分中值定理即罗尔定理、拉格朗日中值定理和柯西中值定理,一般高等数学教科书上均有介绍,这里不再累述。积分中值定理有积分第一中值定理和积分第二中值定理。积分第一中值定理为大家熟知,即若)(x f 在[a,b]上连续,则在[a,b]上至少存在一点ξ,使得))(()(a b f dx x f b
a -=⎰ξ。积分第二中值定理为前者的推广,即若)(),(x g x f 在[a,b]上连续,且)(x g 在[a,b]上不变号,则在[a,b]上至少存在一点ξ,使得⎰⎰=b
a b
a dx x g f dx x g x f )()()()(ξ。 一、 微分中值定理的应用方法与技巧
三大微分中值定理可应用于含有中值的等式证明,也可应用于恒等式及不等式证明。由于三大中值定理的条件和结论各不相同,又存在着相互关联,因此应用中值定理的基本方法是针对所要证明的等式、不等式,分析其结构特征,结合所给的条件选定合适的闭区间上的连续函数,套用相应的中值定理进行证明。这一过程要求我们非常熟悉三大中值定理的条件和结论,并且掌握一定的函数构造技巧。
例一.设)(x ϕ在[0,1]上连续可导,且1)1(,0)0(==ϕϕ。证明:任意给定正整数b a ,,必存在(0,1)内的两个数ηξ,,使得b a b a +='+')
()(ηϕξϕ成立。 证法1:任意给定正整数a ,令)()(,)(21x x f ax x f ϕ==,则在[0,1]上对)(),(21x f x f 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈ξ,使得a a a =--=')0()1(0)(ϕϕξϕ。 任意给定正整数b ,再令)()(,)(21x x g bx x g ϕ==,则在[0,1]上对)(),(21x g x g 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈η,使得b b b =--=')
积分中值定理与定积分应用积分中值定理与定积分应用的实战技巧
积分中值定理与定积分应用积分中值定理与
定积分应用的实战技巧
积分中值定理与定积分应用的实战技巧
积分中值定理和定积分是微积分中的重要概念,能够帮助我们解决各种实际问题。本文将介绍积分中值定理和定积分的基本概念,以及如何应用这些概念来解决实际问题。
一、积分中值定理
积分中值定理是微积分中的基本定理之一,它与导数中值定理有密切关联。积分中值定理表明,若函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且在开区间(a,b)上可导,则在[a,b]上至少存在一点c,使得函数的平均值等于函数在c处的导数值。其数学表达式如下:
∫[a,b] f(x) dx = f(c) (b-a)
其中,f(x)表示在[a,b]上的连续函数,c为[a,b]上的某一点,b和a 分别为积分上限和下限。
积分中值定理的应用十分广泛。它可以用于证明其他定理,例如柯西中值定理和拉格朗日中值定理。除了数学的理论性应用外,积分中值定理还可用于解决实际问题,如求函数在某个区间上的平均值、证明函数在某个区间上的增减性等。下面将以一个具体例子来说明积分中值定理的应用。
例子:求函数f(x) = 2x^2 + 3x在区间[1,3]上的平均值。
解:根据积分中值定理,函数f(x)在[1,3]上的平均值等于函数在该
区间上某一点的函数值。首先,我们计算函数f(x)在[1,3]上的定积分:∫[1,3] (2x^2 + 3x) dx = (2/3)x^3 + (3/2)x^2 |[1,3] = 24
然后,求出函数f(x)在[1,3]上的平均值:
平均值 = (1/3 - 1/2) * 24 = 8
微分中值定理及其应用
微分中值定理及其应用
一、本文概述
《微分中值定理及其应用》是一篇深入探讨微分学中值定理及其在实际应用中的作用的学术性文章。微分中值定理是数学分析领域中的一个核心概念,它建立了函数在特定区间内的变化与其导数之间的紧密联系。本文旨在通过对微分中值定理的深入剖析,揭示其在理论研究和实际应用中的广泛价值。
文章首先介绍了微分中值定理的基本概念,包括罗尔定理、拉格朗日中值定理和柯西中值定理等。这些定理不仅在数学分析中占有重要地位,而且在实际应用中发挥着重要作用。接着,文章通过一系列实例展示了微分中值定理在几何、物理、工程等领域的应用,如曲线形状的判定、物体运动的分析、工程设计的优化等。
本文还关注微分中值定理在经济学、生物学等社会科学领域的应用。通过引入这些领域的实际案例,文章进一步强调了微分中值定理在解决实际问题中的重要作用。文章对微分中值定理的应用前景进行了展望,探讨了其在未来科学研究和技术发展中的潜在影响。
《微分中值定理及其应用》是一篇系统介绍微分中值定理及其在各个领域应用的综合性文章。通过本文的阅读,读者可以全面了解微分中值定理的基本知识和应用技巧,为深入研究和实际应用打下坚实
基础。
二、微分中值定理概述
微分中值定理是微积分理论中的核心内容之一,它揭示了函数在某区间内与导数之间的紧密联系。这些定理不仅为函数的研究提供了重要的工具,还在解决实际问题中发挥了重要作用。
微分中值定理主要包括罗尔定理、拉格朗日定理和柯西定理。罗尔定理是微分中值定理的基础,它指出如果一个函数在某闭区间上连续,在开区间内可导,并且区间两端点的函数值相等,那么在这个开区间内至少存在一点,使得该点的导数值为零。拉格朗日定理是罗尔定理的推广,它进一步指出,如果存在满足上述条件的点,那么该点的导数值等于函数在区间两端点值的差与区间长度的商。柯西定理则是拉格朗日定理的推广,它涉及到两个函数在相同区间上的性质。
中值定理的应用方法与技巧
中值定理的应用方法与技巧
中值定理的基本形式有三种:拉格朗日中值定理、柯西中值定理和罗
尔中值定理。它们分别适用于不同的函数类型和问题背景。
首先说一下拉格朗日中值定理。对于一个在闭区间[a,b]上连续并可
微的函数f(x),拉格朗日中值定理给出了这个函数在[a,b]上存在一个点c,使得f(b)-f(a)=f'(c)(b-a)。也就是说,存在一个点c,这个点的导
数等于函数在整个闭区间上的平均斜率。
这个定理的应用方法和技巧如下:
1.利用导数等于0来找出函数在闭区间上的极值点。因为根据导数中
值定理,如果函数在闭区间[a,b]上连续并可微,且导数f'(x)在[a,b]的
一些内点c处等于0,那么在[a,b]上存在至少一个点c,使得f(x)在c
点取得极值。
2.利用中值定理来证明函数在一些区间上的性质。例如,如果能够证
明函数f(x)在闭区间[a,b]上的导数f'(x)始终大于0,则可以得出结论:在该区间上函数是单调递增的。
接下来讨论柯西中值定理。柯西中值定理是拉格朗日中值定理的推广,适用于两个函数同时存在的情况。设有两个在闭区间[a,b]上连续并可微
的函数f(x)和g(x),且g(x)≠0。柯西中值定理给出了存在一个点c,使
得[f(b)-f(a)]g'(c)=[g(b)-g(a)]f'(c)。
这个定理的应用方法和技巧如下:
1.利用柯西中值定理证明函数的零点存在性。例如,如果能够证明函
数f(x)和g(x)在闭区间[a,b]上连续并可微,且f(a)≠f(b),f(x)和g(x)
在闭区间上无共同的导数零点,则可以得出结论:在[a,b]上存在一个点
定积分的中值定理
定积分的中值定理
是一个非常重要的数学定理,它可以帮助我们更加深入地了解
定积分的本质和性质,同时也为我们解决各种实际问题提供了非
常有效的方法和手段。在本文中,我们将探讨的相关知识和应用。
一、中值定理的基本概念和定义
中值定理是微积分学中的一个基本定理,它描述了函数在某个
区间内的平均值与函数在该区间内某一点的取值之间的关系。具
体来说,如果函数$f(x)$在区间$[a,b]$上连续,并且在该区间内存
在一个点$c\in(a,b)$,使得$\int_a^bf(x)dx=f(c)\times(b-a)$,则
$c$就是函数$f(x)$在区间$[a,b]$上的中值点。
这个定理的基本思想是:将函数在某个区间上的积分值与该区
间的长度相乘,得到的是函数在该区间上的平均值,这个平均值
可以通过中值定理求得。中值定理的重要性在于它建立了积分与
函数取值之间的联系,使得我们能够更加深入地理解和应用积分
的相关知识和技巧。
二、中值定理的证明方法
中值定理的证明方法有很多种,其中比较常用和直观的方法是通过构造辅助函数来进行证明。具体来说,我们可以这样做:
假设函数$f(x)$在区间$[a,b]$上连续,并且在该区间内存在一个点$c\in(a,b)$,使得$\int_a^bf(x)dx=f(c)\times(b-a)$。我们定义一个辅助函数$F(x)=f(x)-f(c)$,则有$\int_a^bF(x)dx=\int_a^bf(x)dx-
\int_a^bf(c)dx=\int_a^bf(x)dx-f(c)\times(b-a)=0$。
中值定理的应用方法与技巧
中值定理的应用方法与技巧
中值定理是微积分中的重要定理,它是罗尔定理和拉格朗日中值定理
的推广与拓展。中值定理具有广泛的应用,能够帮助我们解决各种问题。
下面将介绍中值定理的应用方法与技巧。
1.判断函数在一些区间上的单调性
中值定理可以帮助我们判断函数在一些区间上的单调性。如果函数在
一些区间上满足函数值递增(或递减)的条件,则可以利用中值定理来证
明函数在该区间上单调递增(或递减)。
具体步骤如下:
-首先,我们需要证明函数在该区间上是连续的。如果函数在该区间
上是不连续的,我们不能使用中值定理来判断函数的单调性。
-接下来,我们需要证明函数在该区间上是可导的。如果函数在该区
间上不可导,我们也不能使用中值定理来判断函数的单调性。
-然后,我们通过计算函数在该区间的导数。如果导数在该区间的值
恒大于0(或小于0),则函数在该区间上单调递增(或递减)。
2.判断函数在一些点上的凹凸性
中值定理也可以帮助我们判断函数在一些点上的凹凸性。如果函数在
一些点的导数大于0(或小于0),则函数在该点上是凹向上(或凹向下)的。
具体步骤如下:
-首先,我们需要证明函数在该点的导数存在。如果函数在该点的导数不存在,我们不能使用中值定理来判断函数的凹凸性。
-接下来,我们计算函数在该点的二阶导数。如果二阶导数大于0(或小于0),则函数在该点上是凹向上(或凹向下)的。
3.判断函数的极值点
中值定理可以帮助我们判断函数的极值点。如果函数在一些区间上的导数由正变负(或由负变正),则函数在该区间上存在极值。
具体步骤如下:
-首先,我们需要证明函数在该区间上是连续的。如果函数在该区间上是不连续的,我们不能使用中值定理来判断函数的极值点。
高等数学常见中值定理证明及应用
中值定理
首先我们来看看几大定理:
1、 介值定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且在该区间的端点取不同的函数值f(a)=A
及f(b)=B ,那么对于A 与B 之间的任意一个数C ,在开区间(a,b)内至少有一点ξ使得f(ξ)=C(a
Ps:c 是介于A 、B 之间的,结论中的ξ取开区间。
介值定理的推论:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则f(x)在[a,b]上有最大值M ,最小值
m,若m ≤C ≤M,则必存在ξ∈[a,b], 使得f(ξ)=C 。(闭区间上的连续函数必取得介于最大值M 与最小值m 之间的任何值。此条推论运用较多)
Ps :当题目中提到某个函数f(x),或者是它的几阶导函数在某个闭区间上连续,那么该函数或
者其几阶导函数必可以在该闭区间上取最大值和最小值,那么就对于在最大值和最小值之间的任何一个值,必存在一个变量使得该值等于变量处函数值。
2、 零点定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)与f(b)异号,即f(a).f(b)<0,那么在开区
间内至少存在一点ξ使得f(ξ)=0.
Ps:注意条件是闭区间连续,端点函数值异号,结论是开区间存在点使函数值为0.
3、 罗尔定理:如果函数f(x)满足:
(1)、在闭区间[a,b]上连续; (2)、在开区间(a,b)内可导; (3)、在区间端点处函数值相等,即f(a)=f(b).
那么在(a,b)内至少有一点ξ(
4、 拉格朗日中值定理:如果函数f(x)满足:
(1)、在闭区间[a,b]上连续; (2)、在开区间(a,b)内可导;
中值定理的应用方法与技巧
中值定理的应用方法与技巧
中值定理包括微分中值定理和积分中值定理两部分。微分中值定理即罗尔定理、拉格朗日中值定理和柯西中值定理,一般高等数学教科书上均有介绍,这里不再累述。积分中值定理有积分第一中值定理和积分第二中值定理。积分第一中值定理为大家熟知,即若f(x)在[a,b]上连续,则在[a,b]上至少存在一点,
b
使得f(x)dx f( )(b a)。积分第二中值定理为前者的推广,即若f(x),g(x)在a
[a,b]上连续,且g(x)在[a,b]上不变号,则在[a,b]上至少存在一点,使得
b b
a f (x)g(x)dx f( ) a g(x)dx。
a a
一、微分中值定理的应用方法与技巧
三大微分中值定理可应用于含有中值的等式证明,也可应用于恒等式及不等
式证明。由于三大中值定理的条件和结论各不相同,又存在着相互关联,因此应用中值定理的基
本方法是针对所要证明的等式、不等式,分析其结构特征,结合
所给的条件选定合适的闭区间上的连续函数,套用相应的中值定理进行证明。这
一过程要求我们非常熟悉三大中值定理的条件和结论,并且掌握一定的函数构造技巧。
例一.设(X)在[0,1]上连续可导,且(0) 0, (1) 1。证明:任意给定正整数a,b,必存在(0,1)内的两个数,,使得」b a b成立。
() ()
证法1 :任意给定正整数a,令t(x) ax, f2(x) (x),则在[0,1]上对
fdx), f2(x)应用柯西中值定理得:存在(0,1),使得一◎红卫a。
() (1) (0)
任意给定正整数b,再令g,x) bx,g2(x) (x),则在[0,1]上对5(x),g2(x)应用
关于高等数学常见中值定理证明及应用
关于高等数学常见中值定理证明及应用
集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
中值定理
首先我们来看看几大定理:
1、介值定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且在该区间的端点取不同的函数值
f(a)=A及f(b)=B,那么对于A与B之间的任意一个数C,在开区间(a,b)内至少有一点ξ使得f(ξ)=C(a<ξ<b).
Ps:c是介于A、B之间的,结论中的ξ取开区间。
介值定理的推论:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则f(x)在[a,b]上有最大值M,最小值m,若m≤C≤M,则必存在ξ∈[a,b], 使得f(ξ)=C。(闭区间上的连续函数必取得介于最大值M 与最小值m之间的任何值。此条推论运用较多)
Ps:当题目中提到某个函数f(x),或者是它的几阶导函数在某个闭区间上连续,那么该函数或者其几阶导函数必可以在该闭区间上取最大值和最小值,那么就对于在最大值和最小值之间的任何一个值,必存在一个变量使得该值等于变量处函数值。
2、零点定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)与f(b)异号,即
f(a).f(b)<0,那么在开区间内至少存在一点ξ使得f(ξ)=0.
Ps:注意条件是闭区间连续,端点函数值异号,结论是开区间存在点使函数值为0.
3、罗尔定理:如果函数f(x)满足:
(1)、在闭区间[a,b]上连续;
(2)、在开区间(a,b)内可导;
(3)、在区间端点处函数值相等,即f(a)=f(b).
那么在(a,b)内至少有一点ξ(<aξ<b),使得f`(x)=0;
微分中值定理的全部基础理论和常见优秀题型解法技巧
微分中值8定理与积分3定理及函数的9性质的综合证明题型与技巧
-)中值八定理以下的连纟卖函数在闭区间xwg. b]的基本定理(只与函数有矢)共同条件:闭连纟卖
①I有界定理或最大值与最小值左理|x E", b] => m < f(x) < M o注意xep/,可是闭区间。
②|介值泄理
• 是介于f (ci)与/(/?) "(a)工打("),工/ (b)]任一值,则必
3 e(a, h)=> /()=。注意已仏/?)是开区间。
•其推论是:当加S < M»则必日e[«, b]=> /( )= 。b]。注意e[«, b]是闭区间。
③|根值(零值)建理| /(«)■ /W<0,则3 w(ab)n/( ) = 0。注意xe(t/, b)是开区间。以下的闭区间连纟卖函数有矢导数定理共同条件:闭连续开可导。共同结论:存在的量属于开区间。
④|费马定理| xe(x0-,儿+ ), /(x)n/a))或今(兀),如果广(旺)存在,则广(忑)=0。
⑤|洛尔定理| f(a)=f(b\则3 e(«,/^)=> f( ) = 0
⑥|拉格朗日中值泄理| 3 = )(b-“)
⑦|柯西中值定理| m mu ./"”—/(⑷二LL2
g(b)— g@)s\)
⑧泰勒中值上理
为拉格朗日余项,介于入和X=X^h之间,但不等于它们,*圧(“"),.Y €(“』), 令G(0, l)n =“+ («x•-儿)=.“+ h = .v0+ ( .v ) /):只婆求在开区间(ab )有直到川+1阶导数:它不o及其”阶导数在]上连续,而且不要求的连续性。
中值定理证明方法总结
y= f(x) 满足:
(1) 在区间 [ a, b] 上连续 (2) 在至区少间存(在a一, b点) 内ξ可∈(导a,b) ,
使
o f′(ξ) =
aξ f(b)
−
f(a).
b
x
证: 问题转化为证 作辅助函数
f′(ξ) −
ϕ(x) =
f(b) − f(a)
fϕ(x′()ξb)−−f(ab) −
=0 f(a)
M和最小值 m.
若 M= m,则 f(x) ≡ M, x∈[a, b] , 因此 ∀ξ∈ (a, b), f′(ξ) = 0 .
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若 M> m,则 M和 m中至少有一个与端点值不等,
不妨设 M ≠ f(a) , 则至少存在一点 ξ∈(a,b), 使
f(ξ) = M, 则由费马引理得 f′(ξ) = 0.
方程两边同时积分
f(b)))) −−−− ff((((aaaa)))) xxxx++++ CCCC ==== ff((((xxxx)))) b− a
解出积分常数 ,则
令辅助函数
柯西中值定理的结论: 将 改写为 直接积分消不去导数,故变形为 方程两边同时积分
解出积分常数 ,则 令辅助函数
(2)常数变易法 此法适用于常数已分离出来的命题, 构造辅助函数的步 骤如下:
中值定理与导数的应用(全
罗尔定理是微分学中的基础定理,它为研究函数的单调性、极值等问题提供了重要的理论依据。在解决一些实 际问题的过程中,罗尔定理也发挥了重要的作用。
拉格朗日中值定理
总结词
拉格朗日中值定理是微分学中的重要定理之一,它指出如果 一个函数在闭区间上连续,开区间上可导,则在该区间内至 少存在一点,使得该点的导数等于函数在该区间内平均变化 率的值。
导数定义了函数在一点附近的局部行为
通过导数,我们可以了解函数在某一点附近的增减性、凹凸性等性质。
导数在切线斜率中的应用
求切线方程
给定函数在某一点的导数值,我们可 以求出该点的切线方程。
判断曲线的凹凸性
通过计算函数的二阶导数,我们可以 判断曲线的凹凸性,进而了解函数的 局部形态。
导数在函数单调性中的应用
导数在优化问题中的应用
最小化成本
在生产、运输、采购等过程中,常常需 要最小化成本。导数可以帮助我们找到 成本函数的最小值点,从而找到最优的 成本方案。
VS
最大化收益
在商业和金融领域,最大化收益是一个常 见的问题。通过导数,我们可以找到收益 函数的最大值点,从而制定最优的商业策 略。
导数在物理问题中的应用
详细描述
柯西中值定理进一步揭示了函数之间的内在关系,为研究函数的性质提供了更多的理论支持。同时,柯西中值定 理也在解决一些复杂问题时发挥了重要的作用。
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中值定理的应用方法与技巧
中值定理包括微分中值定理和积分中值定理两部分。微分中值定理即罗尔定理、拉格朗日中值定理和柯西中值定理,一般高等数学教科书上均有介绍,这里不再累述。积分中值定理有积分第一中值定理和积分第二中值定理。积分第一中值定理为大家熟知,即若)(x f 在[a,b]上连续,则在[a,b]上至少存在一点ξ,使得))(()(a b f dx x f b
a -=⎰ξ。积分第二中值定理为前者的推广,即若)(),(x g x f 在[a,b]上连续,且)(x g 在[a,b]上不变号,则在[a,b]上至少存在一点ξ,使得⎰⎰=b
a b
a dx x g f dx x g x f )()()()(ξ。 一、 微分中值定理的应用方法与技巧
三大微分中值定理可应用于含有中值的等式证明,也可应用于恒等式及不等式证明。由于三大中值定理的条件和结论各不相同,又存在着相互关联,因此应用中值定理的基本方法是针对所要证明的等式、不等式,分析其结构特征,结合所给的条件选定合适的闭区间上的连续函数,套用相应的中值定理进行证明。这一过程要求我们非常熟悉三大中值定理的条件和结论,并且掌握一定的函数构造技巧。
例一.设)(x ϕ在[0,1]上连续可导,且1)1(,0)0(==ϕϕ。证明:任意给定正整数b a ,,必存在(0,1)内的两个数ηξ,,使得b a b a +='+')
()(ηϕξϕ成立。 证法1:任意给定正整数a ,令)()(,)(21x x f ax x f ϕ==,则在[0,1]上对)(),(21x f x f 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈ξ,使得a a a =--=')0()1(0)(ϕϕξϕ。 任意给定正整数b ,再令)()(,)(21x x g bx x g ϕ==,则在[0,1]上对)(),(21x g x g 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈η,使得b b b =--=')
0()1(0)(ϕϕηϕ。 两式相加得:任意给定正整数b a ,,必存在(0,1)内的两个数ηξ,,使得
b a b a +='+')
()(ηϕξϕ 成立。
证法2:任意给定正整数b a ,,令)()(,)(21x x f ax x f ϕ==,则在[0,1]上对
)(),(21x f x f 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈ξ,使得a a =')
(ξϕ。再令)()(,)()()(21x x g bx x b a x g ϕϕ=-+=,则在[0,1]上对)(),(21x g x g 应用柯西中值定理得:存在)1,0(∈η,使得a b b a b b a =--+='-'+)
0()1()()()()(ϕϕηϕηϕ。因此有)()()()()(ηϕηϕηϕξϕ'-+='-'+='b b a b b a a ,移项得:b a b a +='+')
()(ηϕξϕ。 分析:解1和解2都是应用了柯西中值定理。鉴于所要证明的等式中含有两个中值,并且中值处的导数位于分式中,因此考虑须用两次柯西中值定理。证法1和解2的不同之处是解1分别从
,)(ξϕ'a )(ηϕ'b 出发构造相应的函数。而证法2是先将b a b a +='+')()(ηϕξϕ移项得:)
()()()()(ηϕηϕηϕξϕ'-'+='-+='b b a b b a a ,然后从两边出发构造相应的函数。
例二.设)(x f 在[a,b]上连续,在(a,b)内可导且)()(b f a f ≠,试证明:存在),(,b a ∈ηξ,使得a
b f f +'=')(2)(ηξξ。 证法1:根据条件,由拉格朗日中值定理,存在),(b a ∈η,使得
))(()()(a b f a f b f -'=-η
令2)(x x g =,在[a,b]上对)(),(x g x f 应用柯西中值定理,得存在),(b a ∈ξ,使得 a
b f a b a f b f f +'=--=')()()(2)(22ηξξ。 证法2:令2)(x x g =,在[a,b]上对)(),(x g x f 应用柯西中值定理,得存在),(b a ∈ξ,使得 22)()(2)(a
b a f b f f --='ξξ。 再令x a b x g )()(+=,在[a,b]上对)(),(x g x f 应用柯西中值定理,得存在),(b a ∈η,使得 2
2)()()()()()()(a b a f b f a a b b a b a f b f a b f --=+-+-=+'η。 综合两式得到存在),(,b a ∈ηξ,使得
a b f f +'=')(2)(ηξξ。 分析:鉴于所要证明的等式中含有两个中值,并且中值处的导数位于分式中中,因此可考虑用两次柯西中值定理,即证法2。也可用一次柯西中值定理后,
分式中函数值差的部分改用拉格朗日中值定理进行进一步化简,即为证法1的基本思想方法。
例三.设)(),(x g x f 在[a,b]上二阶可导,并且0)(≠''x g ,0)()(==b f a f ,0)()(==b g a g ,试证:
(1)在(a,b)内,0)(≠x g ,
(2)在(a,b)内至少存在一点ξ,使)
()()()(ξξξξg f g f ''''=。 证明:(1)用反证法。假设存在点),(b a c ∈,使0)(=c g 。分别在],[],,[b c c a 上对)(x g 运用罗尔定理,可得存在),(),,(21b c c a ∈∈ξξ,使得0)()(21='='ξξg g 再在],[21ξξ上应用罗尔定理,又可得存在],[213ξξξ∈,使得0)(3=''ξg ,这与题设矛盾。故在(a,b)内,0)(≠x g 。
(2)即证0)()()()(=''-''ξξξξf g g f 。为此作辅助函数:
)()()()()(x f x g x g x f x H '-'=
由于0)()()()(====b g a g b f a f ,故0)()(==b H a H 。在[a,b]上对)(x H 应用罗尔定理得:在(a,b)内至少存在一点ξ,使0)()()()()(=''-''='ξξξξξf g g f H ,从而有)
()()()(ξξξξg f g f ''''=。 分析:该题的证明主要运用了罗尔定理。由于题设中出现了0)()(==b f a f ,0)()(==b g a g ,因此在(1)的证明中可考虑用反证法,通过反复运用罗尔定理导出0)(3=''ξg ,从而推出矛盾,证得结论。而(2)的证明关键在于首先要将欲证的等式变形成某一函数在中值处的导数为零。从中选定一函数对其应用罗尔定理导出结论。
例四.设)(x f 在[-a,a]上连续,在0=x 处可导,且0)0(≠'f 。
(1)求证:)1,0(),,0(∈∈∀θa x ,)]()([)()(00x f x f x dt t f dt t f x x θθ--=+⎰⎰-
(2)求θ+→0
lim x 证明:(1)令⎰⎰-+=x x dt t f dt t f x F 00)()()(,则)()()(x f x f x F --='。
根据拉格朗日中值定理,),0(a x ∈∀,)1,0(∈∃θ,使得
)]()([)0)(()0()()(x f x f x x x F F x F x F θθθ--=-'=-=