积分中值定理的推广及应用张艳丽

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关于积分中值定理的教学探讨

关于积分中值定理的教学探讨
王东霞;李富强
【期刊名称】《河南城建学院学报》
【年(卷),期】2005(014)005
【摘要】通过具体例子讨论了积分中值定理的应用,并指出了在题设或结论中出现定积分时的题型解决办法,对于理解和应用积分中值定理有一定的帮助.
【总页数】4页(P70-73)
【作者】王东霞;李富强
【作者单位】平顶山工学院,河南,平顶山,467001;平顶山工学院,河南,平顶
山,467001
【正文语种】中文
【中图分类】O172.2
【相关文献】
1.广义积分中值定理与积分中值定理“中间点”渐近性基本定理 [J], 施丽梅;李毅夫
2.拉格朗日中值定理与积分中值定理的关系 [J], 胡旭东;
3.微分中值定理与积分中值定理的逆定理 [J], 张兴龙;王丽霞
4.基于微分中值定理证明微积分基本公式和积分中值定理 [J], 郑权
5.关于积分中值定理及推广的积分中值定理的改进 [J], 陈卫星;马全中
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积分中值定理的推广及应用

㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２３１积分中值定理的推广及应用积分中值定理的推广及应用Һ丁建华㊀（甘肃有色冶金职业技术学院教育系，甘肃㊀金昌㊀７３７１００）㊀㊀ʌ摘要ɔ本文首先对积分中值定理的几何特征进行详细介绍，并对该定理中ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上恒为常数㊁ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上不为常数函数做出一定的补充，并证明此结论也是成立的；其次，对第一积分中值定理和第二积分中值定理进行了推广，并进一步证明了结论的准确性；最后，通过不等式的证明㊁极限的求值进一步验证了改进结论的正确性．ʌ关键词ɔ中值定理；连续性；不等式一㊁积分中值定理的几何特征与补充积分中值定理的几何意义可以理解为：若函数ｆ（ｘ）在闭区间［ａ，ｂ］上非负连续时，定积分ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ在几何上可以表示为ｙ＝ｆ（ｘ），ｘ＝ａ，ｘ＝ｂ及ｘ轴所围成的曲边梯形面积（如图１，定积分ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ表示曲边梯形ＡａｂＢ的面积）．根据闭区间上连续函数的性质，ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上存在最大值Ｍ和最小值ｍ，即∀ｘɪ［ａ，ｂ］，有ｍɤｆ（ｘ）ɤＭ，从而ｍ（ｂ－ａ）ɤʏｂａｆ（ｘ）ｄｘɤＭ（ｂ－ａ）．它可以化为ｍɤ１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘɤＭ．由连续函数的介值定理，则至少有这样的一个点ξɪ［ａ，ｂ］，使得ｆ（ξ）＝１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ，则ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）（ｂ－ａ）．根据上面知识点，我们可以获得数学分析中常用的重要积分学性质和定理．积分中值定理㊀若函数ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续，则在［ａ，ｂ］上至少存在一点ξ，使得ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）（ｂ－ａ）（ａɤξɤｂ）．这里要求函数ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续即可，对函数没有严格要求．进一步地，我们可将ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续的这一条件更改为ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上可积，其结论仍然成立．当ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续且非负时，积分公式ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）（ｂ－ａ）有着明显的几何意义，即ｙ＝ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上的曲边梯形面积等于以图１所示的ｆ（ξ）为高㊁［ａ，ｂ］为底的矩形面积，即以ｆ（ξ）为高的矩形ＡａｂＤ的面积．㊀图１通过对上面图１进一步分析，我们可以发现定理中的ξɪ［ａ，ｂ］可以改为ξɪ（ａ，ｂ），事实上，若ξ仅取在［ａ，ｂ］的端点上，不妨设ξ＝ａ，则可从图２中看出，曲边梯形ＡａｂＢ的面积ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ与矩形ＡａｂＤ的面积不可能相等．㊀图２本文给出如下两种证明．证法一：若函数ｆ（ｘ）在闭区间［ａ，ｂ］上恒为常数，则ξ取（ａ，ｂ）内任意一点，结论都是成立的．若ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上为一个变量函数，设Ｍ，ｍ分别为ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上的最大值与最小值，则存在ｘ０ɪ（ａ，ｂ），使得ｍɤｆ（ｘ０）ɤＭ．事实上，若这样的ｘ０不存在，则在［ａ，ｂ］上必存在一点ｘ１，使得ｆ（ｘ）在ａ，ｘ１[]上恒有ｆ（ｘ）＝ｍ或ｆ（ｘ）＝Ｍ()，在［ｘ１，ｂ］上恒有ｆ（ｘ）＝Ｍ（或ｆ（ｘ）＝ｍ）．这样一来，ｘ１是间断点，与ｆ（ｘ）在区间［ａ，ｂ］上连续矛盾．又ｆ（ｘ）在ｘ０连续，则存在δ＞０，ｘ０－δ，ｘ０＋δ()⊂［ａ，ｂ］，当ｘ－ｘ０＜δ时，有ｆ（ｘ）－ｆ（ｘ０）＜Ｍ－ｆ（ｘ０）２和ｆ（ｘ）－ｆ（ｘ０）＜ｆ（ｘ０）－ｍ２，从而Ｍ－ｆ（ｘ０）＞Ｍ－ｆ（ｘ０）２＞０，ｆ（ｘ０）－ｍ＞ｆ（ｘ０）－ｍ２＞０，于是ʏｘ０＋δｘ０－δ［Ｍ－ｆ（ｘ）］ｄｘȡʏｘ０＋δｘ０－δＭ－ｆ（ｘ０）２éëêùûúｄｘ，即ʏｘ０＋δｘ０－δｆ（ｘ）ｄｘɤＭ－ｆ（ｘ０）２ʏｘ０＋δｘ０－δｄｘ，又ｆ（ｘ０）＜Ｍ，ʏｘ０＋δｘ０－δｆ（ｘ）ｄｘ＜Ｍʏｘ０＋δｘ０－δｄｘ，同理有ʏｘ０＋δｘ０－δｆ（ｘ）ｄｘ＞ｍʏｘ０＋δｘ０－δｄｘ，于是ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ʏｘ０－δａｆ（ｘ）ｄｘ＋ʏｘ０＋δｘ０－δｆ（ｘ）ｄｘ＋ʏｂｘ０＋δｆ（ｘ）ｄｘ＜Ｍʏｘ０－δａｄｘ＋Ｍʏｘ０＋δｘ０－δｄｘ＋Ｍʏｂｘ０＋δｄｘ＝Ｍ（ｂ－ａ）．同理可得ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＞ｍ（ｂ－ａ），㊀㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２３１因此ｍ（ｂ－ａ）＜ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＜Ｍ（ｂ－ａ），即ｍ＜１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＜Ｍ．由介值定理，存在ξɪ（ａ，ｂ），使得ｆ（ξ）＝１ｂ－ａʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ，即ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）（ｂ－ａ），其中ξɪ（ａ，ｂ）．证法二：作辅助函数Ｆ（ｘ）＝ʏｘａｆ（ｔ）ｄｔ，ｘɪ［ａ，ｂ］，则Ｆ（ｘ）是［ａ，ｂ］上的可微函数，且Ｆᶄ（ｘ）＝ｆ（ｘ），由微分中值定理，至少存在一点ξɪ（ａ，ｂ），使得Ｆ（ａ）－Ｆ（ｂ）＝Ｆᶄ（ξ）（ｂ－ａ）．注意到，Ｆ（ｂ）＝ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ，Ｆ（ａ）＝０，则有ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）（ｂ－ａ），ξɪ（ａ，ｂ）．于是，我们可以进一步将积分中值定理进行推广．设ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续，ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上不能等于零，同时符号不会改变，在这样特殊的情形下，可以得到如下的结论，ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ，ξɪ（ａ，ｂ）．令Ｆ（ｘ）＝ʏｘａｆ（ｔ）ｇ（ｔ）ｄｔ，Ｇ（ｘ）＝ʏｘａｇ（ｔ）ｄｔ，则由微分学的柯西中值定理知，Ｆ（ｂ）－ｆ（ａ）Ｇ（ｂ）－Ｇ（ａ）＝Ｆᶄ（ξ）Ｇ（ξ），ξɪ（ａ，ｂ），即有ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ｇ（ξ）ｇ（ξ），ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ，ξɪ（ａ，ｂ）．但当ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］只是可积分，并且恒为正或恒为负时，前面我们进行推导的思路完全行不通，即不可能成立，因为可积不变号时，ｇ（ｘ）可以等于零，我们就不能使用上面的结论了．二㊁第一㊁第二积分中值定理的推广及其证明积分第一中值定理设函数ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续，ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上可积不变号，则在［ａ，ｂ］存在一点ξ，使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ．积分第二中值定理设（ⅰ）ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续；（ⅱ）ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上单调递增且连续；（ⅲ）ｆ（ｘ）ȡ０，则必有ξɪ［ａ，ｂ］，使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ｂ）ʏｂξｇ（ｘ）ｄｘ．推论１．若积分第二中值定理中的递增改为递减，其他条件不变的情况下，则必有ξɪ［ａ，ｂ］，使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ａ）ʏξａｇ（ｘ）ｄｘ．２．若积分第二中值定理中的ｆ（ｘ）ȡ０去掉，则必有ξɪ［ａ，ｂ］，使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ａ）ʏξａｇ（ｘ）ｄｘ＋ｆ（ｂ）ʏｂξｇ（ｘ）ｄｘ．当ξ所在区间［ａ，ｂ］变为（ａ，ｂ），其余条件㊁结论不变，我们就可以将积分中值定理进一步推广．接下来，我们进一步证明积分中值定理的推广定理，先验证积分第一中值定理的推广．证明㊀由于ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续．设Ｍ为ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上的最大值，ｍ为ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上的最小值，即有ｍɤｆ（ｘ）ɤＭ，又由于ｇ（ｘ）在［ａ，ｂ］上定号，不妨令ｇ（ｘ）ȡ０（ｇ（ｘ）ɤ０的情况同理），从而有ｍｆ（ｘ）ɤｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ɤＭｇ（ｘ），即ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘɤＭʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ．（１）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝０，由上面不等式的结论可知，ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝０，因此有ξɪ（ａ，ｂ），使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ．（２）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＞０．（ⅰ）如果ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＜ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＜Ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ，即ｍ＜ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＜Ｍ时，由闭区间上连续函数的介值定理我们可以知道，有一ξɪ（ａ，ｂ），使得ｆ（ξ）＝ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ，即ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ．（ⅱ）如果ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ，（ａ）假如有一ξɪ（ａ，ｂ），都有ｆ（ξ）＝ｍ，我们可以得到ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ结论成立．（ｂ）除此之外，对任意的ｘɪ（ａ，ｂ），都有ｆ（ｘ）＞ｍ，而由ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＞０，必定存在充分小的数η，使得ʏｂ－ηａ＋ηｇ（ｘ）ｄｘ＞０（倘若不然的话，对于任意的正数η，都有ʏｂ－ηａ＋ηｇ（ｘ）ｄｘɤ０，从而ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝ｌｉｍηң０ʏｂ－ηａ＋ηｇ（ｘ）ｄｘɤ０与ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＞０矛盾）．于是得到０＝ʏｂａ［ｆ（ｘ）－ｍ］ｇ（ｘ）ｄｘȡʏｂ－ηａ＋η［ｆ（ｘ）－ｍ］ｇ（ｘ）ｄｘ．利用原积分中值定理，得ʏｂ－ηａ＋η［ｆ（ｘ）－ｍ］ｇ（ｘ）ｄｘ＝［ｆ（ξᶄ）－ｍ］ʏｂ－ηａ＋ηｇ（ｘ）ｄｘ＞０，ξᶄɪ［ａ＋η，ｂ－η］⊂（ａ，ｂ）．与之比较，知矛盾．（ⅲ）Ｍʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ＝ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ，这个证明类似于证㊀㊀㊀㊀数学学习与研究㊀２０２２３１明（ⅱ）的过程．综上所述，存在ξɪ（ａ，ｂ），使得ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ξ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ成立．证毕！根据积分第一中值定理的推广证明，我们同样可以对积分第二中值定理的推广进行证明．接下来，我们试证积分第二中值定理的推广结果．证明㊀由ｆ（ｘ）在［ａ，ｂ］上连续，Ｆ（ｘ）＝ʏｘａｆ（ｔ）ｄｔ在［ａ，ｂ］上可导，从而有ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ʏｂａｇ（ｘ）ｄＦ（ｘ）＝ｇ（ｂ）Ｆ（ｂ）－ʏｂａＦ（ｘ）ｇᶄ（ｘ）ｄｘ－ｇ（ａ）Ｆ（ａ）＝ｇ（ｂ）ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ－ʏｂａＦ（ｘ）ｇᶄ（ｘ）ｄｘ．对于ʏｂａＦ（ｘ）ｇᶄ（ｘ）ｄｘ应用推广的第一积分中值定理，得到ʏｂａＦ（ｘ）ｇᶄ（ｘ）ｄｘ＝Ｆ（ξ）［ｇ（ｂ）－ｇ（ａ）］，其中ξɪ（ａ，ｂ），从而有ʏｂａＦ（ｘ）ｇᶄ（ｘ）ｄｘ＝ｇ（ｂ）ʏｂａｆ（ｘ）ｄｘ－Ｆ（ξ）［ｇ（ｂ）－ｇ（ａ）］＝ｇ（ｂ）ʏξａｆ（ｘ）ｄｘ＋ʏｂξｆ（ｘ）ｄｘ[]－ʏξａｆ（ｘ）ｄｘ［ｇ（ｂ）－ｇ（ａ）］＝ʏｂａｆ（ｘ）ｇ（ｘ）ｄｘ＝ｆ（ａ）ʏξａｇ（ｘ）ｄｘ＋ｆ（ｂ）ʏｂａｇ（ｘ）ｄｘ．证毕！三㊁积分中值定理的应用例１㊀证明下列积分不等式：（１）π２＜ʏπ２０１１－１２ｓｉｎ２ｘｄｘ＜π２；（２）２ｅ－１４＜ʏ２０ｅｘ２－ｘｄｘ＜２ｅ２．证明㊀（１）由积分中值定理，有π２＜ʏπ２０１１－１２ｓｉｎ２ｘｄｘ＝１１－１２ｓｉｎ２ξ㊃π２，其中ξɪ０，π２()，当ξɪ０，π２()时，有０＜ｓｉｎ２ξ＜１，从而１＜１１－１２ｓｉｎ２ξ＜２，因此有π２＜ʏπ２０１１－１２ｓｉｎ２ξｄｘ＜π２．证毕．（２）由定积分性质，有ʏ２０ｅｘ２－ｘｄｘ＝ʏ１２０ｅｘ２－ｘｄｘ＋ʏ２１２ｅｘ２－ｘｄｘ＝１２ｅξ２１－ξ１＋３２ｅξ２２－ξ２，其中ξ１ɪ０，１２()，ξ２ɪ１２，２()，又ｅｘ在－ɕ，＋ɕ()上严格单调递增，而ｆ（ｘ）＝ｘ２－ｘ在０，１２[]上严格单调递减，在１２，２[]上严格单调递增，所以，当ξ１ɪ０，１２()时，ｅ－１４＜ｅξ２１－ξ１＜１；当ξ２ɪ１２，２()时，ｅ－１４＜ｅξ２２－ξ２＜ｅ２．从而１２ｅξ２１－ξ１＋３２ｅξ２２－ξ２＞１２ｅ－１４＋３２ｅ－１４＝２ｅ－１４，１２ｅξ２１－ξ１＋３２ｅξ２２－ξ２＜１２＋３２ｅ２＜２ｅ２，因此２ｅ－１４＜ʏ２０ｅｘ２－ｘｄｘ＜２ｅ２．如果ξ取自任意闭区间，使得积分中值定理成立，则需要将例１的证明结果做进一步的讨论．由此可见，对积分中值定理进行改进或者推广对我们的学习很有帮助，当然，我们也要合理使用该定理，否则就会出现错误的结论．例２㊀证明：ｌｉｍｎңɕʏ１０ｘｎ１＋ｘｄｘ＝０．如果利用积分中值定理，得ʏ１０ｘｎ１＋ｘｄｘ＝ξｎ１＋ξ，其中ξɪ０，１()，从而ｌｉｍｎңɕʏ１０ｘｎ１＋ｘｄｘ＝ｌｉｍｎңɕʏ１０ξｎ１＋ξｄｘ＝０，这是错误的，因为ξ与ｎ有关．正确的解法是：因为０ɤｘｎ１＋ｘɤｘｎ，ｘɪ０，１[]，所以０ɤʏ１０ｘｎ１＋ｘｄｘɤʏ１０ｘｎｄｘ，而ʏ１０ｘｎｄｘ＝１１＋ｎ，ｌｉｍｎңɕ１１＋ｎ＝０，因此ｌｉｍｎңɕʏ１０ｘｎ１＋ｘｄｘ＝０．证毕！ʌ参考文献ɔ［１］华东师范大学数学系．数学分析（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０１０．［２］黎金环，刘丽霞，朱佑彬．积分中值定理在一道极限题的应用分析［Ｊ］．高等数学研究，２０２１（２）．［３］同济大学数学教研室．高等数学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９３．［４］郝玉芹，时立文，欧阳占瑞．对积分中值定理结论的一点改动［Ｊ］．河北能源职业技术学院学报，２００７（３）．［５］周冰洁．巧用积分中值定理［Ｊ］．现代职业教育，２０１９（３１）．［６］余小飞．积分中值定理在积分不等式中的应用［Ｊ］．当代教育实践与教学研究，２０１７（８）．。

二元函数的积分中值定理的探究

目录摘要 (I)关键词 (I)Abstract (II)Key words (II)前言 (1)1预备知识 (1)1.1相关定理 (1)2 多元函数积分中值定理的各种形式 (2)2.1 曲线积分中值定理的推广 (2)2.1.1第一型曲线积分中值定理 (2)2.1.2第二型曲线积分中值定理 (4)2.2二重积分中值定理的探究及推广 (5)2.3曲面积分中值定理的探究及推广 (7)2.3.1第一型曲面积分中值定理 (7)2.3.2第二型曲面积分中值定理 (7)结论 (9)参考文献 (10)致谢 (11)摘要：积分中值定理是数学分析的重要定理，我们主要讨论了二元函数的曲线、重积分、曲面的各种形式中值定理，而且还给出了这些定理的证明过程，最后总结出各类积分中值定理的形式.关键词：积分中值定理；第二中值定理；曲线积分中值定理；二重积分中值定理；曲面积分中值定理Study on mean-value theorems for Riemann-Stieltjes integrals offunctions of two variablesAbstract: Mean-value theorems for integrals are one of theorems in mathematical analysis. In this paper mean-value theorem for Riemann-Stieltjes integrals of functions of two variables are discussed. We obtain all kinds of mean-value theorems for integrals which include curvilinear, multiple and surface integrals. Finally, the proofs of mean-value theorems are given.Key word s: mean-value theorem integral; second mean-value theorems; curvilinear integral; multiple integrals; surface integrals二元函数的积分中值定理的探究前言积分中值定理是微积分中的一个重要定理，主要包含一元函数及多元函数的积分中值定理，它在数学分析中占有很重要的地位.但是许多文献，对于多元函数的曲线积分、曲面积分、重积分的中值定理的探究相对较少或相对浅略.基于这个理由，我们将借鉴一元函数的第一、第二积分中值定理的研究方法及思想，在文献[1-6]的基础上，主要讨论二元函数的积分中值定理在曲线、曲面、重积分情形上是否成立，通过研究该课题，进一步完善积分中值定理的相关理论.1预备知识1.1相关定理定理1[5]假设M 和m 分别为函数()f x 在区间[,]a b 上的最大值和最小值，且()f x 在区间[,]a b 上可积，则有()()()bam b a f x dx M b a -≤≤-⎰ ()a b <成立. 定理2[5](一元函数的介值性定理 ) 设函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续.并且函数()f a 与()f b 函数不相等.如果μ是介于()f a 和()f b 之间的任何实数()()f a f b μ<<或()()f a f b μ>>，则至少存在一点0x ，使得0()f x μ=成立，其中0(,)x a b ∈. 定理3[5](二元函数的介值性定理)设函数f 在区域2D R ⊂上连续，若12,P P 为D 中任意两点，且12()()f P f P <，则对任何满足不等式12()()f P f P μ<<的实数μ，必存在点0p D ∈，使得0()f P μ=.定理4]3[（定积分中值定理）如果函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续，则在区间[,]a b 上至少存在一个点ξ，使下式()()()baf x dx f b a ξ=-⎰()a b ξ≤≤成立.定理5]3[（推广的第一积分中值定理）如果函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续，()g x 在(,)a b 上不变号，并且()g x 在[,]a b 上是可积的，则在[,]a b 上至少存在一点ξ，使得()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰ ()a b ξ≤≤成立. 定理6]3[（积分第二中值定理）如果函数()f x 在闭区间[,]a b 上可积，而()g x 在区间(,)a b 上单调，则在[,]a b 上至少存在一点ξ，使下式成立()()()()()()bbaaf xg x dx g a f x dx g b f x dx ξξ=+⎰⎰⎰定义1[6]设平面光滑曲线L :(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈，两端点为((),())A x y αα和((),())B x y ββ.若()x t 在[,]αβ上不变号，称曲线L 关于坐标x 是无反向的. 若()y t 在[,]αβ上不变号，称曲线L 关于坐标y 是无反向的.2 多元函数积分中值定理的各种形式受文献[1],文献[2]的启发，本文主要对曲线积分的三种形式，二重积分及曲面积分的三种形式的中值定理进行探讨.2.1 曲线积分中值定理的推广首先对曲线积分中值定理进行探讨，在本文中只讨论曲线C :(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈为参数方程的情形，而对于曲线C 为直角坐标形式及其它形式的积分中值定理类似地可得到. 2.1.1（第一型曲线积分中值定理）定理7 如果函数(,)f x y 在光滑有界曲线C :(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈上连续，则在曲线C 上至少存在一点(,)ξη.使(,)(,)Cf x y ds f S ξη=⎰成立，其中Cds ⎰为曲线C 的弧长，并且Cds S =⎰.证明因为函数(,)f x y 在光滑有界闭曲线C 上连续，所以22(,)((),())()()Cf x y ds f x t y t x t y t dt βα''=+⎰⎰记 22()((),()),()()()F t f x t y t G t x t y t ''==+由已知条件知()F t 在[,]αβ上连续，()G t 在[,]αβ上连续且非负，则根据推广的第一积分中值定理，0[,]t αβ∃∈，00(,)((),())x t y t ξη=使2222(,)((),())()()(,)()()(,)Cf x y ds f x t y t x t y t dt f x t y t dt f S ββααξηξη''''=+=+=⎰⎰⎰成立.即(,)(,)Cf x y ds f S ξη=⎰从而命题得证.在数学分析等文献中仅仅阐述了定理7，而对两个函数乘积的曲线积分中值定理未提到，下面我们将对其探究证明,并进行推广.定理8]1[如果函数(,),(,)f x y g x y 在光滑有界曲线C (),(),[,]x x t y y t t αβ==∈上连续，(,)g x y 在C 上不变号，则在曲线C 上至少存在一点(,)ξη，使(,)(,)(,)(,)CCf x yg x y ds f g x y ds ξη=⎰⎰成立.证明由于22(,)(,)((),())((),())()()Cf x yg x y ds f x t y t g x t y t x t y t dt βα''=+⎰⎰，由条件知,(,)g x y 在C 上不变号，则22((),())()()g x t y t x t y t ''+在[,]αβ上不变号，(,),(,)f x y g x y 又在C 上连续，由此可知22((),())((),())()()f x t y t g x t y t x t y t ''+在[,]αβ上也连续. 由定理7可知0[,]t αβ∃∈，使得00(,)((),())x t y t ξη=,有以下式子222200((),())((),())()()((),())((),())()()f x t y t g x t y t x t y t dt f x t y t g x t y t x t y t dt ββαα''''+=+⎰⎰成立. 即(,)(,)(,)(,)CCf x yg x y ds f g x y ds ξη=⎰⎰从而命题得证.定理9如果函数(,),(,)f x y g x y 在光滑有界闭曲线(,)C A B :(),()x x t y y t ==,[,]t αβ∈上连续可积，(,)g x y 在C 上不变号,其中min (,)m f x y =,max (,)M f x y =，其中(,)x y C ∈.则在曲线(,)C A B 上至少存在一点O ,把曲线(,)C A B 分为曲线1(,)C A O 和曲线2(,)C O B ,使得12(,)(,)(,)(,)(,)(,)CC A O C O B f x y g x y ds m g x y ds M g x y ds =+⎰⎰⎰成立.证明由定理8知(,)(,)(,)(,)CCf x yg x y ds f g x y ds ξη=⎰⎰，记(,)f k ξη=，则有m k M <<.记12(,)(,)(,)(,)(,)C A O C O B CQ k g x y ds m g x y ds M g x y ds =--⎰⎰⎰Q 是关于点(,)O x y 的函数. (1)当(,)0Cg x y ds =⎰时，显然成立.（2）当(,)0Cg x y ds >⎰,当1C C =时，则有1(,)(,)(,)()(,)C A O CCQ k g x y ds m g x y ds k m g x y ds =-=-⎰⎰⎰；由于0k m ->，，于是有1(,)(,)(,)()(,)0C A O CCQ k g x y ds m g x y ds k m g x y ds =-=->⎰⎰⎰即12(,)(,)(,)(,)(,)0C A O C O B CQ k g x y ds m g x y ds M g x y ds =-->⎰⎰⎰.当2C C =时，则有1(,)(,)(,)()(,)C A O CCQ k g x y ds M g x y ds k M g x y ds =-=-⎰⎰⎰；由于0k M -<，(,)0Cg x y ds >⎰，于是有1(,)(,)(,)()(,)0C A O CCQ k g x y ds M g x y ds k M g x y ds =-=-<⎰⎰⎰,即12(,)(,)(,)(,)(,)0C A O C O B CQ k g x y ds m g x y ds M g x y ds =--<⎰⎰⎰.（3）当(,)0Cg x y ds <⎰,类似可讨论.综上由零点存在定理，则至少有一点O C ∈，使得0Q =,即12(,)(,)(,)(,)(,)0C A O C O B CQ k g x y ds m g x y ds M g x y ds =--=⎰⎰⎰即12(,)(,)(,)(,)(,)(,)CC A O C O B f x y g x y ds m g x y ds M g x y ds =+⎰⎰⎰从而命题得证.以上给出了二元函数的第一型曲线积分中值定理的三种形式及证明，而我们仅仅讨论了曲线C 形如(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈的情形，对于直角坐标的情形，是否也能得到类似的三个定理，类似可讨论.2.1.2（第二型曲线积分中值定理）第二型曲线积分中值定理定理是否成立，接下来我们对其进行探讨. 如果成立，则有如下命题.函数(,)f x y 在光滑有向曲线C 上连续，其中I 为光滑有向曲线C 在x 轴正向上的投影，其中符号“±”是由曲线C 的方向确定的，则在曲线C 上至少存在一点(,)ξη，使得(,)(,)Cf x y dx f I ξη=±⎰(1)成立.但有如下例子，设(,)f x y y =,曲线C 为圆，方程为222x y y +=.如图1图1 由积分的对称性知0C I dx -==⎰,可得(,)0f I ξη±=，而0Cy d x π=-≠⎰,故不可能存在点(,)C ξη∈使（1）成立.于是第二型曲线积分中值定理在此不成立.由此可见第二型曲线积分中值定理一般不成立，下面我们探讨特殊形式的第二型曲线积分中值定理. 定理10]1[设(,)P x y ，(,)Q x y 在定向光滑曲线L 上连续，曲线L 上任意一点(,)x y 处与L 方向一致的切线方向与x 轴余弦为cos α，且(,)Q x y 在曲线L 上不变号，则在L 至少存在一点(,)ξη，O X Y 1使得(,)(,)(,)(,)LLP x y Q x y dx P Q x y dx ξη=⎰⎰证明因为(,)(,)(,)(,)cos LLP x y Q x y dx P x y Q x y ds α=⎰⎰且(,)P x y ，(,)Q x y 在L 上连续，(,)cos Q x y α在曲线L 上不变号，由于曲线L 光滑，从而cos α在线L 上连续，由定理8知，存在(,)L ξη∈,使得(,)(,)cos (,)(,)cos (,)(,)LLLP x y Q x y ds P Q x y ds P Q x y dx αξηαξη==⎰⎰⎰即(,)(,)(,)(,)LLP x y Q x y dx P Q x y dx ξη=⎰⎰从而命题得证. 定理11[6]设曲线L 关于坐标x 是无反向的，(,)f x y ，(,)g x y 为定义在L 上的二元函数，满足(,)f x y ，(,)g x y 沿曲线L 从A 到B 关于坐标x 第二型可积，(,)f x y 在L 上是可介值的，(,)g x y 在L 上不变号.则至少存在一点(,)P L ξη∈,,P A B ≠,使得(,)(,)(,)(,)LLf x yg x y dx f g x y dx ξη=⎰⎰成立.证明过程参考文献[6].推论1设曲线L 关于坐标x 是无反向的，(,)f x y 为定义在L 上的二元函数， (,)f x y 在L 上是可介值的.则至少存在一点(,)P L ξη∈,,P A B ≠,使得(,)(,)LLf x y dx f dx ξη=⎰⎰成立.即(,)(,)Cf x y dx f I ξη=±⎰I 为光滑有向曲线C 在x 轴正向上的投影.类似的，可以推广到对坐标y 的曲线积分以及空间曲线积分上的情形.2.2二重积分中值定理的探究及推广下面给出二重积分中值定理的三种形式.定理12假设函数(,)f x y 在有界是D 的面积，则在D 上至少存在一点(,)ξη使得(,)(,)DDf x y ds f ds ξη=⎰⎰⎰⎰成立.证明由于函数(,)f x y 在闭区域D 上连续，假设(,)f x y 在闭区域D 上的最大值和最小值分别为,M m ，即(,)m f x y M ≤≤.对不等式在区域D 上进行二重积分可得,(,)DDDmds f x y ds Mds ≤≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰即(,)DDDm ds f x y ds M ds ≤≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰其中Dds ⎰⎰为闭区域D 的面积，我们不妨记Dds σ=⎰⎰.有 (,)Dm f x y ds M σσ≤≤⎰⎰由于0σ≠，将不等式除以σ可得1(,)Dm f x y ds M σ≤≤⎰⎰ 由于函数(,)f x y 在闭区域D 上连续，由二元函数的介值性定理知，则在D 上至少存在一点(,)ξη使得1(,)(,)Df x y ds f ξησ=⎰⎰ 成立.将上式两边同乘以σ即可得到(,)(,)DDf x y ds f ds ξη=⎰⎰⎰⎰从而命题得证.定理13假设函数(,)f x y 在闭区域D 上连续，(,)g x y 在D 上可积且不变号，其中σ是D 的面积，则在D 上至少存在一点(,)ξη使得(,)(,)(,)(,)DDf x yg x y ds f g x y d ξησ=⎰⎰⎰⎰成立.证明不妨设(,)0((,))g x y x y D ≥∈由于函数(,)f x y 在闭区域D 上连续，(,)f x y 在闭区域D 上的最大值和最小值分别为,M m ，即(,)m f x y M ≤≤,从而(,)(,)(,)(,)DDDm g x y dxdy f x y g x y dxdy M g x y dxdy ≤≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰若 (,)0Dg x y dxdy =⎰⎰则(,)(,)0Df x yg x y dxdy =⎰⎰成立.即对任意(,)D ξη∈,等式成立；若(,)0Dg x y dxdy >⎰⎰(,)(,)(,)DDf x yg x y dxdym M g x y dxdy≤≤⎰⎰⎰⎰由二元函数的介值性定理，存在(,)D ξη∈. 使得(,)(,)(,)(,)DDf x yg x y dxdyf g x y dxdyξη=⎰⎰⎰⎰即(,)(,)(,)(,)DDf x yg x y ds f g x y d ξησ=⎰⎰⎰⎰从而命题得证.定理14假设函数(,)f x y 在闭区域D 上连续，(,)g x y 在D 上可积且不变号，其中σ是D 的面积，存在两个区域满足12D D D ⋃=,12D D ⋂=∅，(,)f x y 在1D ，2D 上都可积，记min (,)m f x y =，max (,)M f x y =,其中(,x y D ∈）.则有12(,)(,)(,)(,)DD D f x y g x y ds m g x y d M g x y d σσ=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰成立.证明参照定理9的方法及思想即可以得到.2.3曲面积分中值定理的探究及推广下面分别给出第一型曲面积分与第二型曲面积分中值定理的几种形式. 2.3.1（第一型曲面积分中值定理）定理15设D 为xoy 平面上的有界闭区域，其中(,)z z x y =为光滑曲面S ，并且函数(,,)f x y z ,(,,)g x y z 在S 上连续，(,,)g x y z 在S 上不变号，则在曲面S 上至少存在一点(,,)ξηζ，使(,,)(,,)(,,)(,,)SSf x y zg x y z dS f g x y z ds ξηδ=⎰⎰⎰⎰成立，其中A 是曲面S 的面积.证明因为22(,,)(,,)(,,(,))(,,(,))1x y SDf x y zg x y z dS f x y z x y g x y z x y z z d σ''=++⎰⎰⎰⎰因为(,,)f x y z ，(,,)g x y z 在曲面S 上连续,可得22(,,(,))(,,(,))1x y f x y z x y g x y z x y z z ''++在D 上也连续，由于(,,)g x y z 在S 上不变号，所以22(,,(,))1x y g x y z x y z z ''++在D 上不变号.由二重积分的中值定理(定理13)，可知存在(,)D ξη∈,使得(,)z δξη=，且2222(,,(,))(,,(,))1(,,(,))(,,(,))1x y x y DDf x y z x yg x y z x y z z d f z g x y z x y z z d σξηξησ''''++=++⎰⎰⎰⎰(,,(,)(,,)(,,)(,,)SSf zg x y z ds f g x y z ds ξηξηξηδ==⎰⎰⎰⎰从而命题得证.推论2 设D 为xoy 平面上的有界闭区域，其中(,)z z x y =为光滑曲面S ，并且函数(,,)f x y z ,在S 上连续，在S 上不变号，则在曲面S 上至少存在一点(,,)ξηζ，使(,,)(,,)Sf x y z dS f A ξηδ=⎰⎰成立，其中A 是曲面S 的面积.定理16设D 为xoy 平面上的有界闭区域，其中(,)z z x y =为光滑曲面S ，并且函数(,,)f x y z ,(,,)g x y z 在S 上连续，(,,)g x y z 在S 上不变号，存在两个光滑曲面满足12S S S ⋃=,12S S ⋂=∅,(,,)f x y z 在1S ,2S 上都可积，记m i n (,,m f x y z =，max (,,)M f x y z =.其中(,,)x y z S ∈则有12(,,)(,,)(,,)(,,)SS S f x y z g x y z dS m g x y z ds M g x y z ds =+⎰⎰⎰⎰⎰⎰成立.证明方法参照定理9.在这里我们证明了第一型曲面积分的积分中值定理的几种类型，并进行了推广探究，得到了相关的定理.2.3.2（第二型曲面积分中值定理）接下来我们对第二型曲面积分的积分中值定理是否成立?以及有几种类型进行探讨. 若成立，则有如下面命题.若有光滑曲面:(,),(,)yz S z x y x y D ∈，其中yz D 是有界闭区域，函数(,,)f x y z 在S 上连续，A 是S 的投影yz D 的面积，由此在曲面S 上至少存在一点(,,)ξηζ，使(,,)(,,)S f x y z dydz f A ξηζ=±⎰（2）成立.但有如下例子，设S 是2221x y z ++=在0z ≥的部分，并取球面外侧为正，把曲面表示为参量方程sin cos x ϕθ=，sin sin y ϕθ=，cos z ϕ= ,02)2πϕθπ≤≤≤≤（0可得 2(,)sin cos (,)yy y z A zz ϕθϕθϕθϕθ∂∂∂∂∂===∂∂∂∂∂ 他们在yz 平面上的投影区域如图2，图2可知222200(,)sin cos sin cos 0(,)S D D y z A dydz d d d d d d ϕθϕθππϕθϕθϕθϕϕθθϕθ-∂=====∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰,从而(,,)0f A ξηζ±=,取3(,,)f x y z x =，则有254542002(,,)sin cos sin cos 05S D f x y z dydz d d d d ϕθππϕθϕθϕϕθθπ===≠⎰⎰⎰⎰⎰⎰. 故曲面S 上不存在一点(,,)ξηζ，使（2）成立. 于是第二型曲面积分中值定理在此不成立.由此可见第二型曲面积分中值定理一般不成立，下面我们探讨特殊形式的第二型曲面积分中值定理.定理17[1]设(,,)F x y z ，(,,)Q x y z 在定侧光滑曲面S ：(,)z z x y =，(,)x y D ∈上连续，(,,)Q x y z 在S 上不变号，则在S 上至少存在一点(,,)ξηζ，使得(,,)(,,)(,,)(,,)S SF x y z Q x y z dxdy F Q x y z dxdy ξης=⎰⎰⎰⎰ 证明不妨设曲面S ：(,)z z x y =，(,)x y D ∈取上侧，曲面S 上点(,,(,))x y z x y 处外法向量的方向角为α，β，γ，则221cos 1x y z z γ=''++，(,,)(,,)(,,)(,,)cos S SF x y z Q x y z dxdy F x y z Q x y z dS λ=⎰⎰⎰⎰ 由于(,,)F x y z ，(,,)Q x y z 在定侧光滑曲面S 上连续，(,,)Q x y z 在S 上不变号，曲面S 光滑，从而(,,)cos Q x y z γ在曲面S 上连续不变号，由定理15知，在曲面S 上至少存在一点(,,)ξηζ，使得(,,)(,,)cos (,,)(,,)cos S SF x y z Q x y z dS F Q x y z dS γξηςγ=⎰⎰⎰⎰ 又由于 (,,)(,,)cos (,,)(,,)S S F Q x y z dS F Q x y z dxdy ξηςγξης=⎰⎰⎰⎰即(,,)(,,)(,,)(,,)S SF x y z Q x y z dxdy F Q x y z dxdy ξης=⎰⎰⎰⎰ 从而命题得证. 结论本论文主要介绍了二元函数的曲线、曲面以及重积分的各类积分中值定理.另外，曲线积分中值定理的坐标形式，三元及三元以上函数的积分中值定理在此论文中未进行探究，望大家继续研究这些问题，进一步完善积分中值定理.参考文献[1]杜红霞.曲线积分与曲面积分中值定理[J].赣南师范学院报，2006，6:1-2.[2]冯美强.关于积分中值定理的改进[J].北京机械工业学院学报，2007,22（4）:1-4.[3]皱成.二重积分中值定理的改进[J].石河子大学学报，2006,24（5）：1-4.[4]王旭光.二重积分中值定理的推广[J].徐州师范大学，2007,23（4）：1-6.[5]华东师范大学数学系.数学分析下册[M].高等教育出版社，2001:197-288.[6]唐国吉.第二型曲线积分中值定理[J].广西民族大学，2008,23:1-6.致谢本论文是在我的导师李云霞教授的亲切关怀和悉心指导下完成的，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我 .在论文即将完成之际，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!。

曲面积分中值定理的一个新证明

曲面积分中值定理的一个新证明
张晓娇;曹萍
【期刊名称】《徐州工程学院学报》
【年(卷),期】2006(021)003
【摘要】对曲面积分中值定理,给出了一个新的证明,并举出相关例子加以应用.【总页数】3页(P101-103)
【作者】张晓娇;曹萍
【作者单位】徐州师范大学数学系,江苏,徐州,221116;徐州师范大学数学系,江苏,徐州,221116
【正文语种】中文
【中图分类】O172.2
【相关文献】
1.柯西中值定理的新证明及中值定理的两个应用 [J], 高崚嶒;陈燕
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grange中值定理的一个新证明 [J], 杜刚
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5.曲面积分中值定理的一个新证明 [J], 张晓娇;曹萍
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)积分中值定理的推广和应用情形

积分中值定理的推广和应用———积分中值定理的推广定理和应用情形The IntｅgralＭeanＶalue TheｏremｆoｒＩｔs Sprｅaｄing andＡpｐlicａtｉon——Exteｎsiｏn tｈeｏrem of integraｌmean value theｏrem ａｎｄits appliｃatｉoｎ论文作者:专业：指导老师:完成时间:摘要积分中值定理和微分中值定理在微积分学中有着重要的地位，微分中值定理是研究函数的有力工具，反映了导数的局部性和与函数的整体性之间的关系，而积分中值定理在证明有关中值问题时具有极其重要的作用。

它是数学分析课程中定积分部分的一个基本定理之一。

积分中值定理包括积分第一中值定理和积分第二中值定理,在之前的数学分析课程中我们已经学习了这两个定理的证明,但这两个定理的推广与应用尚未提及。

在这里，我讨论了积分第一中值定理和积分第二中值定并给出了这些定理的详细证明过程,并且给出了集中推广形式。

在积分中值定理的应用方面，我给出了一些较简单的情形如估计积分值，求含有定积分的极限,确定积分号等，并且通过列举例题，加以归纳总结,并且充分体现积分中值定理在学习解题练习中的应用。

The iｎtｅgraｌmeａn value theoremａｎdｔhe ｄifｆereｎtial mｅa ｎｖalue theorem pｌaｙan importanｔrｏｌe iｎthe caｌｃulｕs．Dｉff ｅｒentｉal meａｎvalｕｅｔheorｅm ｉｓ a poｗerful tｏol to studｙtｈe funｃｔion. It reflects thｅｒelation between tｈｅlocａl property oｆthｅｄｅrｉvatiｖｅａnd tｈｅintegral of ｔhｅfｕｎction. Anｄthe iｎtegral m ｅaｎvalue ｔｈeorem playｓ a veryｉmｐｏｒｔａｎt rｏle ｉｎｔｈe ｐｒoｏf of the ｍean ｖalue pｒobleｍ. It is one oｆｔｈe bａsicｔｈｅorems of tｈｅdeｆinｉte inｔeｇral ｐａrｔｉｎｔhｅcｏuｒse of matｈematｉｃaｌaｎａlｙsiｓ. The inteｇralｍean value tｈeoｒeｍinclｕde ｓtｈe first mｅan valｕe tｈeｏｒem of integｒals anｄｔｈe secｏnｄmean ｖalｕe tｈeｏremｏf intｅｇｒalｓ，we havｅlearnｅｄthｅprｏof of thｅｔwo thｅorｅｍｓIn thｅcourｓe oｆmａthemａtical anaｌysis. B ｕｔtｈe eｘtensｉｏn aｎd apｐlication oｆtｈese twoｔheorｅｍs have nｏt beｅｎmentｉｏnｅｄyｅｔ. Here,Iｄiｓcuss the first mｅａｎvａlｕe t ｈeoreｍｏｆinteｇrals aｎd tｈe sｅcｏｎｄｍｅan vaｌｕe of the integ ｒals ａnｄgiｖｅ a detailed proof oｆthｅsｅthｅoｒems and Ｉｇi ｖe the foｒm ｏf centraliｚｅd gｅneralizaｔioｎs here.In tｈe ａpplicatｉoｎｏｆtｈe iｎｔegｒａｌmean vａｌuｅtheorem, I give soｍe siｍｐle ｓiｔuaｔioｎs such as ｔhe estｉmａtioｎoｆｔhe intｅｇraｌvaluｅ, ａnｄtｈe ｌimit of the defiｎite iｎteｇral, tｈｅｉntegral numｂｅｒand ｓｏon．Ａnd by citing examｐles，Ｉsｕmｍaｒized and fully rｅｆlect tｈe iｎtegralｍeａn vａlue theoreｍｉｎthｅa ｐplicａｔion of learnｉｎg pｒoblem soｌvｉnｇｅｘｅrciseｓ.关键词：积分中值定理; 推广；应用Ｋe ｙwo ｒd: mean value t ｈeorem o ｆｉnt ｅｇｒａl ｓ； ext ｅnsion; Applic ａｔｉon1 引言中值定理在数学分析中占有非常重要的地位，学好积分中值定理和微分中值定理能为进一步学好微积分理论打下坚实的基础。

拉格朗日微分中值定理几种不同的证法

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通过旋转变换使之满足罗尔定理条件：从而证明拉格朗日定理，为此引入坐标系的旋转变换 & ，即：
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) ! ’ +，
同时有逆变换 & (! ，即：
注：此方法可以推广到柯西微分中值定理证明，设（，（ !）在［ "，上连续，在（ "，内可微，考 $ !） + #］ #）虑函数（（ *） ’ $ *） + （ * ）# & 则同法可证 & 证明 + 先介绍下面两个预备定理：［ "，在（ "， ’ & 如果（ $ ! ）在 # ］上连续， # ）内可微，存在［ !’ ，［ "，，使得： !( ］ #］ " （ $ ! ( ）$ （ $ !’ ）（ $ # ）$ （ $ "） & # # $ " !( $ !’ 此预备定理有明显的几何意义，证明从略 & 在［ "，上的某点可微，那么对于 ( & 如果（ $ !） #］（（ "） ’ ， $ "） + （（ #） ’ $ #） +
第1卷第3期 3!!, 年 1 月
衡水师专学报 89:’(%; 9< =)(&>?:@ A9’B%; C9;;)&)

微积分中值定理的统一及推广

得
Ｊｘｄ厂（）ｘ＝（）ｂ一口）
（２１）
证明在（）１式中，＝＝，（）ｔＩｔｔ（）＝一，（）（）令ｍ０咖），口则咖和ｇｘ满足定理１ｄｇ的
条件，咖（）＝，，（）＝０ｇ（）＝１ｇｂ且（ｇａ），，（）＝ｂ—ａ代人（），１式即得到（２式。１）推论６推广的积分第一中值定理）若函数）闭区间［，］连续，（）闭区问［，］上（在ａｂ上ｇｘ在ａｂ
：＋
（１式。１）
小
＋＋
＋篇
＋ｌ（
证明在（）式中，ｇ）＝（一口，ｂ＝，１令（）记则）ｇ）满足定理１的条件，有ｇａ和（且（）＝ｇ（）＝ｇ（）＝ … ＝ｇ（）＝０ｇ川０００ ‘ ｎ，‘ （）＝（＋１！ｇ６），（）＝（ｂ一口，）代人（）即得到１式推论５积分第一中值定理）若函数）闭区间［，］上连续，（在ａｂ则至少存在一点 ∈ ［，］使ａｂ，
Ｇ）＝（
）＋
（６
＋
（６
“ ＋
（６一
不妨设ａ＜ｂ则Ｆ和Ｇ满足下列条件：，（）（）
１闭区间［，］上连续；）在０ｂ２）在开区间（６。，）内可导；
３Ｖ ∈ （，）Ｇ（）口６，）≠ ０。
［中图分类号］０７．［１２２文献标识码］Ａ［文章编号］１０４５（０１００３００８— ６７２１）２— ０４— ４

积分中值定理的较一般情况的几何意义及其推广形式

［图分类号］ｏ１２２中７．
１引
言
对于熟知的积分第一中值定理和积分第二中值定理，在所见到的微积分或数学分析教材上口都
没有给出一般的几何解释，只是给出了积分第一中值定理的一个特殊情况的几何意义．引述如下：现
第２６卷第３期
２１００年６月
大学数学
ＣＯＬＬＥＧＥＡＴＨＥＭＡＴＩＭＣＳ
Ｖｏ１２ № ．．６，３
Ｊｎ２１ｕ．００
积分中值定理的较一般情况的几何意义及其推广形式
张新元
（河南工业职业技术学院基础部，阳４３０）南７０９
（）２
（）若，ｚ又在［，］ｉｉ（）口６上连续，存在 ∈Ｅ，］使得则ａ６，
厂６
Ｊｎ
Ｉ厂ｚｇｄ＝厂ｅｇｚｄ．（）（）ｘ（）Ｉ（）ｘ
（）３
在引言中我们已经重述过它的特殊情形， “ 在［，］厂（在［，］连续，（一１则在即若ｎ６上ｚ）ｎ６上ｇ），
［摘要］描述了积来自分中值定理的较一般情况的几何意义，出了积分中值定理的推广形式．给
［献标识码］Ｃ文［章编号］１７ —４４２１）３０６—５文６２１５（０００—１１０
［键词］积分中值定理；何意义；广形式关几推

积分中值定理的应用（可编辑）

积分中值定理的应用第26卷第6期赤峰学院学报(自然科学版) Vol.26 No.6JournalofChifengUni(vNe artsi urta ylScienceEdi) tion2010年6月 Jun.2010积分中值定理的应用刘俊先(邢台学院数学系,河北邢台 05400) 1摘要:通过实例说明,积分中值定理可用于确定数列及函数极限、判别级数的收敛性、考察函数零点的分布、证明积分不等式.关键词:积分中值定理;极限;级数;不等式中图分类号:O172.2 文献标识码:A 文章编号:1673-260X(2010)06-0003-02 n+p定积分是微积分的重要组成部分,积分中值定sinxlim敛性得 dx0.乙nn→∞ x理是定积分的重要性质之一。

本文通过几个方面的2 用于确定函数极限实例,归纳总结了积分中值定理在确定数列及函数例 3 设函数 f连 x续,且 f0≠ 0,求极限lim极限、判别级数的收敛性、考察函数零点的分布、证x→ 0x明积分不等式几种相关问题中的应用。

x-tftdt乙用于确定数列极限1x1x fx-ttdn乙x 0例 lim1 证明 dx0.乙n→∞ 1+x分析先作变量替换,然后用罗比塔法则,因为分析此数列通项含有定积分,而定积分不易不能判断 f( ' 0)是否存在,所以不能再用罗比塔法[1]求出,可用推广的积分第一中值定理化解积分. 则,可用积分中值定理.证应用推广的积分第一中值定理有解令x-tu,1 1nx 1 x 0 xnlim dx lim x dx乙乙0 0n→∞ n→∞则 fx-tdt fud-uftdt1+x 1+ξn乙乙乙0 x 011 1lim ? 0.因为所求函数极限为型不定式,由罗比塔法乙n→∞1+ξ n+ 1n 0n+p则及积分中值定理有sinx[2]例 2 证明 lim dx0,p为某实数.乙nn→∞ xx x xx-tftdt ftdt- tftdt乙乙乙分析此数列通项含有变限积分,而被积函数0 0 0lim limx xn→ 0 n→ 0[1]属于“积不出”的类型,可用积分第一中值定理化x fx-ttd x fx-ttd乙乙0 0解积分.xftdtn+p乙0 fξxsinxlim lim证明由积分第一中值定理,有 dx x乙n→ 0 x→ 0 fξx+xfxnxftdt+xfx乙sinξnp, ξ为介于n与n+p之间的某值,则nf0 1ξnlim x→ 0f0+f021 1 1 1 1 1≤≤或≥≥ ,而 |sinξ |≤n此处ξ介于 0与 x之间,由 f连 x续有limfξ fn ξ n+ p n ξ n+ pn nn→ 01,由无穷小量与有界量的乘积仍为无穷小量及迫课题项目河北省教育厅科研立项: 探究适应高职培养目标的高等数学课程体系, 立项号:: Sz090327- 3 -。

积分中值定理在数学分析中的应用(优秀毕业论文)

2
e2
为
f
x
在
2
2
0，2上的最大值.由积分中值定理得
e
1 4
2
0
2 e x2 x dx e2 2 0,
0
即
1
2e 4
2 e x2 x dx 2e2 .
0
注由于积分具有许多特殊的运算性质,故积分不等式的证明往往富有很强的技巧性.在证明含
有定积分的不等式时,也常考虑用积分中值定理,以便去掉积分符号,若被积函数是两个函数之积时,
解若直接用中值定理
lim
2
sin n xdx
=
sin n
,
n 0
2
因为 0 而不能严格断定 sin n x 0 ,其症结在于没有排除,故采取下列措施 2
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lim
n
2 sin n xdx =
0
2
sin
n
xdx
+
0
2
sin
n
xdx
.
2
其中为任意小的正数.
且 f x x8 18 17 x 在 0,1内无解, 3 21 x2
即
f x 0, x 0,1,
等号仅在 x 0时成立.故 f x 在 0,1内严格单调增,
即
0 f 0 f x f 1 1 ,
2
所以由积分第一中值定理有
1
0
x9
dx 1 .
0 1 x
2
在估计其类积分的值时,首先要确定要积分的函数在积分闭区间上连续,在开区间上可导,然后
0 x3e xdx +
3 x3e x dxx =
3
t

推广的积分中值定理及其应用

推广的积分中值定理及其应用摘要:定积分是微积分的重要组成部分,而积分中值定理是定积分的重要性质之一,所以积分中值定理在微积分中占了很重要的地位,本文系统的叙述了推广的积分中值定理包括:ξ必可以在开区间中取得,导函数的积分中值定理等多个方面,我们所学知识中积分中值定理与微分中值定理的中间点的存在区间是不统一的,但推广后的积分中值定理能够与微分中值定理的存在区间从形式上统一起来,使与其相关的理论得以联系和应用.同时,在本篇论文中以实例的形式列举了推广的积分中值定理在确定零点分布、证明积分不等式、求极限等方面的应用,显然,推广的积分中值定理的优点就在于此,它可以解决原积分中值定理无法解决的问题,这表明了积分中值定理在推广后更具有应用性.关键词:积分中值定理;导函数;微分中值定理Promotion of Integral Mean ValueTheorem and Its ApplicationAbstract:Definite integral is an important component of calculus, the mean value theorem is one of the important properties of the definite integral, so integral mean value theorem in calculus plays a very important position .This paper describes the system topromote the integral mean value theorem, including: ξwill be achieved in the open interval ,of the derivatives and other integral mean value theorem, we have the knowledge of the differential mean value theorem and the Intermediate Value Theorem Existence interval is not uniform, but after the promotion of integral mean value theorem and the Mean Value Theorem to the presence of range from the formal unity, so that contact can be associated with the theory and application. Meanwhile, in this paper an example to cite a form of integral mean value theorem in determining the zeros to prove inequality, such as the application of limit, obviously, to promote the advantages of integral mean value theorem in this, it Can solve the original integral mean value theorem can not solve the problem, suggesting that the integral mean value theorem in the promotion of a more applied after.Keywords: Integral mean value theorem, derivative, mean value theorem1预备知识在本部分中具体叙述了这篇论文中所需要的相关知识,包括导函数介值性定理、拉格朗日中值定理以及变上限积分函数的定义和性质等,这些理论知识为第二部分的定理推导以及证明做了铺垫,所以起了重要的作用.1.1设()g x 在[,]a b 上非负可积,且()0abg x dx >⎰则存在[,](,)c d a b ⊂使得()0dcg x d x >⎰1.2 设()f x 在[,]a b 上连续,0x ,1x ,2x [,]a b ∈若10()()f x f x >,20()()f x f x <,则存在(,)a b ξ∈,使得0()()f f x ξ=1.3若函数()f x 在[,]a b 上可导,且''()()f a f b +-≠,k 为介于'()f a +,'()f b -之间的任意数,则在(,)a b 内至少存在一点ξ,使得'()f k ξ=1.4若'()f x 为[,]a b 上的非负导函数,且存在0[,]x a b ∈,使'0()0f x >,则必有'()0baf x dx >⎰1.5（拉格朗日中值定理）若函数()f x 满足如下条件: （1）()f x 在闭区间[,]a b 上连续; （2）()f x 在开区间(,)a b 内可导;则在(,)a b 内至少存在一点ξ使得'()()()f b f a f b aξ-=-1.6变上限积分函数:设()f x 在[,]a b 上可积,x 为[,]a b 内任意一点,则称函数()()xax f t dt φ=⎰为变上限积分函数1.7变上限积分函数有以下若干性质（1）有界性命题1 设函数()f x 在[,]a b 上可积,则()x φ在[,]a b 上有界（2）连续性命题2 设函数()f x 在[,]a b 上可积,则()x φ在[,]a b 上连续（3）可积性命题3 设函数()f x 在[,]a b 上可积,则()x φ在[,]a b 上可积（4）可微性（原函数存在定理）()f x 在[,]a b 上连续,则()x φ在[,]a b 上处处可导.且'()()()xad x f t dt f x dx φ==⎰ [,]x a b ∈2 推广的积分中值定理积分第一中值定理在数学分析教材中为:若()f x 在[,]a b 上连续,则至少存在一点[,]a b ξ∈,使得()()()baf x dx f b a ξ=-⎰推广的积分第一中值定理在数学分析教材中为:()f x ,()g x 都在[,]a b 上连续,且()g x 在[,]a b 上不变号,则至少存在一点[,]a b ξ∈,使得()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰我们知道积分中值定理可用于确定数列及函数列的极限,确定零点分布,判别函数的敛散性,证明积分不等式等.但观察上述式子我们发现ξ的取值有时会在两个端点处取得,有的习题用原有的积分中值定理不能够解答出来.例如在证明积分不等式时,运用原有的积分中值定理我们只可以证明≤或≥的情况,所以带有一定的局限性.下面我们对原有的积分中值定理做一下加强,使“ξ”的范围由闭区间缩小到开区间,即得到了下面所叙述的推广的积分中值定理.2.1积分第一中值定理的推广定理 2.1(1)若()f x 在闭区间[,]a b 上连续,则在开区间(,)a b 内至少存在一点ξ使得:()()()baf x dx f b a ξ=-⎰成立证明: 作辅助函数()()x aF x f t dt =⎰ [,]x a b ∈则()F x 是[,]a b 的可微函数,且'()()F x f x =.由微积分学中值定理,至少存在一点(,)a b ξ∈,使得:'()()()()F b F a F b a ξ-=-注意到()()ba Fb f x dx =⎰,()0F a =,即有()()()baf x dx f b a ξ=-⎰(,)a b ξ∈2.2推广的第一积分中值定理的加强引理1 设()g x 在[,]a b 上非负可积,且()0ba g x dx >⎰,则存在[,](,)c d ab ⊂使得()0dcg x dx >⎰证明:用反证法作辅助函数()()b x a xG x g t dt -+=⎰[0,]2b a x -∈,则()G x 是[0,]2b a-上的非负连续函数.若命题不成立,则对任意的(0,)2b ax -∈有()G x ≡0,令x o →+,得(0)()0b a G g t dt ==⎰,产生矛盾.引理2 ()f x 在[,]a b 上连续,0x ,1x ,2x [,]a b ∈,若10()()f x f x >,20()()f x f x <,则存在(,)a b ξ∈,使得0()()f f x ξ=证明:作辅助函数0()()()H x f x f x =-,我们不妨设12x x <,因为()f x 在[,]a b 上连续,故()H x 也连续,从而在12[,]x x 上连续.1()0H x >,2()0H x <由连续函数的零点定理知存在12(,)x x ξ∈使得()0H ξ=即当然0()()f f x ξ=其中(,)a b ξ∈.引理3 若()g x 在[,]a b 上连续且不恒为零,则积分()0ba g x dx >⎰证明:倘若有某0[,]x a b ∈,使0()0g x >,由连续函数的局部保号性知存在0x 的某邻域00(,)x x δδ-+,使在其中0()()02g x g x ≥>,则 00000000()()()()()00()02bx x b x aax x x g x g x dx g x dx g x dx g x dx dx g x δδδδδδδ-++-+-=++≥++=>⎰⎰⎰⎰⎰证毕.定理 2.2 设()f x 在[,]a b 上连续,()g x 在[,]a b 上可积不变号,则至少存在一点(,)a b ξ∈使得()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰证法1(2)证明:1︒()0bag x dx =⎰时,此时,由推广的积分中值定理知,存在[,]a b ξ∈使得()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰=0于是对任意的0(,)x a b ∈有0()()()()bbaaf xg x dx f x g x dx =⎰⎰命题成立2︒当()0g x ≥，且()0bag x dx >⎰时，若命题不成立，即不存在(,)a b ξ∈，使得()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰则由推广的积分中值定理知，只能有()()()()b baaf xg x dx f a g x dx =⎰⎰ （1）或者 ()()()()b baaf xg x dx f b g x dx =⎰⎰ 成立（2）若是命题不成立而（1）成立,则在(,)a b 内()()f x f a ≠ 由引理2在(,)a b 内恒有()()f x f a >或者()()f x f a <,不妨设()()f x f a >,而对()g x 运用引理2存在[,](,)c d a b ⊂,使得()0dc g x dx >⎰于是()()()()()()()()()()bbcdbaaacdf ag x dx f x g x dx f x g x dx f x g x dx f x g x dx ==++⎰⎰⎰⎰⎰=123()()()()()()c d bacdf g x dx f g x dx f g x dx ξξξ++⎰⎰⎰其中1[,]a c ξ∈,2[,]c d ξ∈,3[,]d b ξ∈,这是根据推广的积分中值定理得出的,由于1()()f f a ξ≥,()0cag x dx ≥⎰,2()()f f a ξ>,()0dcg x dx >⎰,3()f ξ中的3b ξ≠时3()()f f a ξ>.当3b ξ=时,对()()f x f a >,0x b →-,由()f x 在[,]a b 上的连续性可知,()()f b f a ≥而()0dd g x dx ≥⎰,综上可得到()()()()()()()()()()b c d b baacdaf ag x dx f a g x dx f a g x dx f a g x dx f a g x dx >++>⎰⎰⎰⎰⎰这是一个矛盾,因此命题成立.若是命题不成立而（2）成立,同样可得出矛盾,因此定理得以证明3︒ 当()0g x ≤,且()0ba g x dx <⎰时此时()0g x -≥,且[()]0bag x dx ->⎰,由情形2的讨论知,存在(,)a b ξ∈,使得()[()]()[()]bb aaf xg x dx f g x dxξ-=-⎰⎰ 即有()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰ (,)a b ξ∈总之,定理2.2完全得以证明证法2(3)证明:令()()xaF x f t dt =⎰,由拉格朗日中值定理知,(,)a b ξ∃∈,使得'()()()F b F a F b aξ-=-,即()()()baf x dx f b a ξ=-⎰不妨设()0g x ≥,[,]x a b ∈,若()g x 在[,]a b 上恒为零,则结论显然成立.若()g x 在[,]a b 上连续且不恒为零,则积分()0ba g x dx >⎰令()()()x aF x f t g t dt =⎰,()()xaG x g t dt =⎰,在[,]a b 上应用柯西中值定理，(,)a b ξ∃∈,使''()()()()()()()()()()()()()babaf tg t dtF b F a F f g fG b G a G g g t dtξξξξξξ-=⇒==-⎰⎰即()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰2.3积分第二中值定理的推广在数学分析教材中积分第二中值定理是这样叙述的,设函数()f x 在[,]a b 上可积（1）若函数()g x 在[,]a b 上减,且()0g x ≥,则存在[,]a b ξ∈,使得()()()()baaf xg x dx g a f x dx ξ=⎰⎰（2）若函数()g x 在[,]a b 上增,且()0g x ≥,则存在[,]a b η∈,使得()()()()bbaf xg x dx g b f x dx η=⎰⎰其推论为:设函数()f x 在[,]a b 上可积,若()g x 为单调函数,则存在[,]a b ξ∈,使得()()()()()()bbaaf xg x dx g a f x dx g b f x dx ξξ=+⎰⎰⎰现在研究一下推论的情形:在第一积分中值定理中,我们把ξ的取值区间由闭区间缩小到开区间,但对于积分第二中值定理是否可以做这样的加强呢,看一下下面的例子:在闭区间[,]a b 上()1f x =,1[,)()2x a b g x x b ∈⎧=⎨=⎩若在(,)a b 上存在ξ使得()()()()()()bbaaf xg x dx g a f x dx g b f x dx ξξ=+⎰⎰⎰即 ()()()()2()2b a g a a g b b a b b a ξξξξξ-=-+-=-+-=--所以b ξ=,即ξ在[,]a b 的端点.这个例子告诉我们积分第一中值定理的加强结果对于积分第二中值定理不一定成立,但是这里的有限区间[,]a b 却可以换成[,)a +∞或(,]b -∞或(,)-∞+∞.此处只讨论第一种情况定理 2.3(4)设()g x 在[,)a +∞上单调有界,()f x 在[,)a +∞上可积,且()f x 没有+∞以外的瑕点,则存在[,)a ξ∈+∞使得()()()()()()aaf xg x dx g a f x dx g f x dx ξξ+∞+∞=++∞⎰⎰⎰这里()lim ()x g g x →+∞+∞=证明:不妨设()g x 在[,)a +∞上单调下降,由于()g x 有界,所以()g x 在+∞处有有限的极限,记为()g +∞,于是可记()()()G x g x g =-+∞,则()0G x ≥,而对于任意的有穷区间[,]a A ,由第二积分中值定理可知,总有[,]a A η∈使得:()()()()Aaaf x G x dx G a f x dx η=⎰⎰而()()A aF A f x dx =⎰是[,)a +∞上的关于A 的连续函数,又()f x 在[,)a +∞上可积,则()F A 在[,)a +∞上有有穷的下确界和上确界,不妨记[,)inf ()A a m F A ∈+∞=,[,)sup ()A a M F A ∈+∞=,则有()m F A M ≤≤又因为()()()()Aaaf x G x dx G a f x dx η=⎰⎰所以有()()()()AamG a G x f x dx MG a ≤≤⎰再令A →+∞,则有()()()()amG a G x f x dx MG a +∞≤≤⎰令 ()()()aG a G x f x dx μ+∞=⎰, （3）则有()()()mG a G a MG a μ≤≤如果()0G a ≠则m M μ≤≤,因为()()AaF A f x dx =⎰是[,)a +∞上的关于A 的连续函数,所以()F A 可以达到其上确界M 和下确界m 及上确界和下确界之间的任意值,即存在[,)a ξ∈+∞使得()af x dx ξμ=⎰将其带入（3）式就有()()()()aaG a f x dx G x f x dx ξ+∞=⎰⎰即(()())()(()())()aag a g f x dx g x g f x dx ξ+∞-+∞=-+∞⎰⎰所以()()()()()()aaf xg x dx g a f x dx g f x dx ξξ+∞+∞=++∞⎰⎰⎰如果()0G a =,因为()g x 在[,)a +∞上单调下降,所以()G x 在[,)a +∞上单调下降,又因为()0G x ≥即()0G x =所以()()g x g =+∞,即()g x =常数,那么对任意的[,)a ξ∈+∞,都有()()()()()()aaf xg x dx g a f x dx g f x dx ξξ+∞+∞=++∞⎰⎰⎰证毕.这个定理告诉我们:第二积分中值定理虽然在有限开区间上不一定成立,但在无穷区间上却是成立的.通过以上的推导过程我们会发现在积分中值定理的前提下,ξ必可以在开区间中取得.在微积分学中积分中值定理和微分中值定理两者在一定意义上是互逆的、对立的,这种辩证的对立统一使微积分的内容更加丰富多彩,但两者中间点ξ的存在区间是不统一的,给其相关理论和应用带来了不便,但改动之后,推广的积分中值定理与微分中值定理的取值区间得以统一,从而更能体现积分中值定理的中值性,以及两个定理之间的联系.一方面可由微分中值定理推出积分中值定理根据牛顿—莱布尼茨公式:()()()ba f x dx Fb F a =-⎰其中()F x 是()f x 在[,]a b 上的原函数即'()()F x f x =,[,]x a b ∈,显然()F x 在[,]a b 上满足拉格朗日中值定理的条件,于是至少存在一点(,)a b ξ∈使得'()()()()F b F a F b a ξ-=-()()f b a ξ=- (,)a b ξ∈即()()()baf x dx f b a ξ=-⎰(,)a b ξ∈另一方面,推广的积分中值定理推出微分中值定理:若()f x 在[,]a b 上有连续的导函数,直接计算得:'()()()baf x dx f b f a =-⎰ （4）而由推广的积分中值定理至少存在一点(,)a b ξ∈,使得''()()()baf x dx f b a ξ=-⎰（5）由（4）和（5）有'()()()()f b f a f b a ξ-=-,这正是微分中值定理.2.4 导函数的积分中值定理及其应用在微积分学中,积分中值定理与微分中值定理都有着很重要的地位,下面我们将积分中值定理条件下的连续函数推广到导函数,并用Darboux 定理给出了详尽的证明,由此我们得出了导函数积分中值定理.引理1(5)（Darboux ）若函数()f x 在[,]a b 上可导,且''()()f a f b +-≠,k 为介于'()f a +,'()f b -之间的任意数,则在(,)a b 内至少存在一点ξ,使得'()f k ξ=引理2 若'()f x 为[,]a b 上的非负导函数,且存在0[,]x a b ∈,使'0()0f x >,则必有'()0baf x dx >⎰定理 2.4(6)若'()f x 为[,]a b 上的导函数,()g x 为[,]a b 上的连续函数,且()g x 在[,]a b 上不变号,则至少存在一点ξ[,]a b ∈,使得''()()()()bbaaf xg x dx f g x dx ξ=⎰⎰证明:不妨设()0g x ≥,'()f x 在[,]a b 上的最大值和最小值为别为M 与m ,其中M 可以取+∞,m 可以取-∞,在a 点取'()f a +,在b 点取'()f b -,令()0ba I g x dx =≥⎰,又'()()()()mg x f x g x Mg x ≤≤,([,])x a b ∈,则有'()()()()bbbaaam g x dx f x g x dx M g x dx ≤≤⎰⎰⎰当0I =或m M =时,任意取(,)a b ξ∈均可当0I >或m M <时,令'1()()b a u f x g x dx I=⎰ ()m u M ≤≤ 当m u M ≤≤时,由Darboux 定理知,至少存在一点(,)a b ξ∈,使得'()f u ξ= 当m u M =<时,利用反证法证明存在(,)a b ξ∈,使得'()f u ξ=若对一切的(,)x a b ∈,有'()0f x u ->且()0baI g x dx =>⎰,则()g x 在[,]a b 上不恒为零,即存在0[,]x a b ∈,使得0()0g x >,由连续函数的保号性知存在0x 的邻域00(,)x x σσ-+（当0x a =或0x b =时,则为右邻域或左邻域）使得对于任意的00(,)x x x σσ∈-+,有0()()02g x g x ≥>,则 0000'''0()(())()(())()(())2bx x ax x g x f x u g x dx f x u g x dx f x u dx σσσσ++--->-≥-⎰⎰⎰ 由引理2可得00'(())0x x f x u dx σσ+-->⎰,从而有'(())()0b af x ug x dx ->⎰另一方面:''0(())()()()()0bbbaaaf x ug x dx f x g x dx u g x dx uI uI <-=-=-=⎰⎰⎰出现矛盾,故原命题成立,即当m u M =<时,存在(,)a b ξ∈,使得'()f u ξ=当m u M <=时,同理可证必存在(,)a b ξ∈,使得'()f u ξ=成立同理可证二阶导函数,n 阶导函数对上述的导函数的积分中值定理成立,只要我们把它们看成一阶连续导函数和n-1阶连续导函数的导函数,便可用同样的方法得证.定理2.4的应用说明例1 设函数()f x 在[,]a b 上二次可微,证明存在一点(,)a b ξ∈,使得''324().[()()]()2b aa bf f x f dx b a ξ+=--⎰ 证明:记02a bx +=,将被积函数在0x x =处按泰勒公式展开,得 2'''0000()()()()()()2x x f x f x x x f x f η--=-+其中η在x 与0x 之间,因为'00()()0bax x f x dx -=⎰,即2''00()(()())()2bbaax x f x f x dx f dx η--=⎰⎰由定理知存在(,)a b ξ∈使32''''2''00()()()()()()12bba ab a x x f dx f x x dx f ηξξ--=-=⎰⎰从而''324().[()()]()2b a a bf f x f dx b a ξ+=--⎰例2 已知导函数'()f x 在[1,2]上有界,求证2'1lim ()0nx n f x e dx -→∞=⎰证明:导函数'()f x 在[1,2]上有界,所以存在正数M ,对[1,2]ξ∈,有'()f M ξ<,由定理1知,存在1(1,2)ξ∈,2(1,2)ξ∈, 使得222'''1111()()()n nnx x f x edx f edx f eξξξ---==⎰⎰从而有2'1lim ()0nx n f x e dx -→∞=⎰3 推广的积分中值定理的应用3.1用于确定零点分布例3 (7)证明:若()f x 在[,]a b 上连续,且()()0b ba af x dx xf x dx ==⎰⎰,则在(,)a b 内至少存在两点1x ,2x 使得12()()f x f x =证明:设()()xa F x f t dt =⎰那么我们有()()()0baf x dx F b F a =-=⎰,所以()()F b F a ==0又因为()()()()bbbba aaaxf x dx xdF x xF x F x dx ==-=⎰⎰⎰ ()()()()bF b aF a F b a ξ---所以可得; ()()()()b a F b F b a ξ-=-,所以()()()F b F F a ξ===0 证毕例4(8) 证明:若()f x 在[0,]π上连续,且0()()cos 0f x dx f x xdx ππ==⎰⎰,证明:存在两点1ξ,2ξ (0,)π∈,使得 12()()0f f ξξ==证明:令0()()xF x f t dt =⎰ 即'()()F x f x =,()(0)0F F π==00()cos cos ()cos ()()cos f x xdx xdF x xF x F x d xππππ==-⎰⎰⎰()sin ()sin .0F x xdx F πξξπ===⎰所以()0F ξ= (0,)ξπ∈,对()F x 在(0,)ξ,(,)ξπ上使用罗尔定理,即存在1(0,)x ξ∈,2(,)x ξπ∈满足'1()0F x =,'2()0F x =,即12()()0f x f x ==证毕例5(3)假如()f x 在[0,]π上连续,且0()sin ()cos 0f x xdx f x xdx ππ==⎰⎰,则()f x 在(0,)π内至少有两个零点.证明:由已知条件,并运用推广的积分中值定理得0()sin ()sin 2()()0f x xdx f xdx f f ππξξξ===⇒=⎰⎰,(0,)ξπ∈即()f x 在(0,)π有一个零点，假如仅有一个零点x ξ=,则()f x 在[,]a ξ与[,]b ξ上均不变号,且异号,那么()sin()f x x dx ξ-在[0,]π上保持同号,连续且不恒为零,必有()sin()0f x x dx πξ->⎰（或0<）与已知0()sin()cos ()sin sin ()cos 0f x x dx f x xdx f x xdx πππξξξ-=-=⎰⎰⎰矛盾.3.2 证明积分不等式在证明积分不等式时,常常考虑积分中值定理以便去掉积分符号,如果被积函数是两个函数之积时,可考虑用积分第一或第二中值定理,对于某些不等式的证明运用原积分中值定理只能得到“≥”的结论,或者不等式根被就不能得以证明,而运用了推广的积分中值定理后,则可以得到“>”的结论,或者成功的解决.例6(9) 假设()f x 在[0,1]上连续并且单调递减,证明对任何的(0,1)a ∈有1()()af x dx a f x dx >⎰⎰证明:将要证的不等式移项11()()()()()aa a af x dx a f x dx f x dx a f x dx a f x dx -=--⎰⎰⎰⎰⎰1(1)()()aaa f x dx a f x dx =--⎰⎰因为()f x 单调递减,所以在区间[0,]a 上()()f x f a ≥,即0()()af x dx af a ≥⎰,再对上式右边第二项运用推广的积分中值定理,即存在ξ其中1a ξ<<,使上式变成1(1)()()(1)()()(1)(1)[()()]a aa f x dx a f x dx a af a af a a a f a f ξξ--≥---=--⎰⎰因为()f x 单调递减,且1a ξ<<,,所以(1)[()()]0a a f a f ξ-->,即得证.例7(9) 设()f x 在[,]a b 上连续且单调递增,证明()()2bbaaa b xf x dx f x dx +>⎰⎰证明:将要证的不等式移项,并分部积分得()()2bbaa ab xf x dx f x dx +-⎰⎰ 22()()()()()()222a bbb a b a a a b a b a bx f x dx x f x dx x f x dx +++++=-=-+-⎰⎰⎰ 令()()2a b g x x +=-,显然()f x ,()g x 在[,]2a b a +和[,]2a b b +上可积,且()g x 在[,]2a b a +和[,]2a b b +上不变号,由推广的积分中值定理知:即存在11()2a b a ξξ+<<,22()2a bb ξξ+<<,使得221222()()()()()()()()2222a ba bb b a b a b aa ab a b a b a b x f x dx x f x dx f x dx f x dxξξ++++++++-+-=-+-⎰⎰⎰⎰整理得221()[()()]8a b f f ξξ+-,因为()f x 是单调递增函数,122a b a b ξξ+<<<<,所以221()[()()]08a b f f ξξ+->,证毕. 在上述例子中我们可以看到有的题原积分中值定理不适用,而推广的积分中值定理可以将问题解决.在例6中如果运用原积分中值定理,由1a ξ≤≤只能得到“0≥”的结论;而在例7中也只能得到12()()f f ξξ≤的结论.3.3求极限例8(10)证明10lim 01nn x dx x→∞=+⎰ 证明:0ε∀>,如果取1[0,1]2ξε∈-,则有10lim 01nn dx ξξ→∞=+⎰,即N ∃,当n N >时,有12n ξεξ<+,又因为:11120012111n n n x x x dx dx dx x x x εε--=++++⎰⎰⎰对等式右边第一个积分运用中值定理,对第二个积分的被积函数用不等式011n x x <≤+,则有当n N >时有100[2]122n x dx x εε<<-+⎰,所以有10lim 01n n x dx x→∞=+⎰ 证毕.参考文献[1] 杨延龄,邹励农,章栋恩.高等数学微积分700例题[M].中国建材工业出版社.2004年10月.123页.[2] 陈卫星,马全中.关于积分中值定理及推广的积分中值定理的改进[J]. 中国煤碳经济学院学报,1994年,第1期.54,55页.[3] 郝涌,李学志,陶有德.数学分析选讲[M].国防工业出版社.2010年4月.83页,94页.[4] 朱碧,王磊.第二积分中值定理的一些推广及其应用[J]. 考试周刊, 2008年,第30期.49页.[5] 刘玉琏,傅沛仁.数学分析讲义[M].北京.高等教育出版社.2003年.[6] 谢焕田.积分中值定理的推广及其应用[J].高师理科学刊,2009年,第5期.8,9页[7] 华东师范大学数学系. 数学分析[M]. 高等教育出版社.1991年.[8] 许洪范.考研微积分500例[M]. 国防工业出版社.2009年3月.121页.[9] 李海军.积分中值定理的应用[J].赤峰学院学报.2010年,第6期,4页.[10]荆江雁.积分中值定理得推广[J].常州工学院学报.2007年,第1期 ,53页.致谢从选择论文题目到搜集材料再到一遍又一遍的修改仿佛经历了太长的时间,论文比我想象中要难写的多,我明白想写好一篇优秀的论文就必须付出百倍的努力,在论文即将交稿之时,心里多了一些轻松,同时多了一丝伤感.自己的大学生活随着论文的结束而画上了一个句号.回想自己写论文的全过程,自己最要感谢的是论文导师许宏文老师,她为人很随和,治学严谨,对待工作认真,对待学生负责,许老师给人一种很容易接近的感觉,忘不了第一次接许老师电话的情景:她耐心的给我指点着,细心的帮我分析写这篇论文的注意事项……之所以论文会顺利的完成许老师付出了太多,太多.一遍一遍的检查,一遍又一遍的帮我指出错误,在这里我想说声:许老师:您辛苦了！真的谢谢您！最后要感谢我的学校,感谢教予我知识的老师,感谢我四年的大学生活,在这四年里自己学到了很多,也成长了很多.谢谢！。

积分中值定理省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

o a b x 的一个矩形的面积。
例 4 设 f ( x)可导，且 lim f ( x) 1， x
求 lim
x2
3
t sin f (t)dt .
x x
t
解由积分中值定理知有 [ x, x 2],
使
x2 t sin x
3 t
f
(t )dt
sin 3
f
()( x
2
x),
lim
x
x2
3
x
t sin t
5、下列两积分的大小关系是：
（1） 1 x 2dx _____ 1 x 3dx
0
0
（2） 2 ln xdx_______ 2 (ln x)2 dx
1
1
（3）
1 e x dx _______
1
( x 1)dx
0
0
二、证明：
b
kf ( x)dx k
b f ( x)dx（ k 是常数）.
0
0
解令 f ( x) e x x, x [2, 0]
f ( x) 0,
0 (e x x)dx 0, 2
0 e xdx
0
xdx,
2
2
于是
2 e xdx
2
xdx.
0
0
性质5旳推论：
（1）如果在区间[a, b]上 f ( x) g( x)，
则 b a
f
(
x
)dx
b
a
g(
x)dx
.
(a b)
证 f ( x) g( x), g( x) f ( x) 0,
b
a[g( x) f ( x)]dx 0,

积分中值定理的一个应用

积分中值定理的一个应用
邓乐斌;贾卫红
【期刊名称】《高等数学研究》
【年(卷),期】2007(10)6
【摘要】应用积分第一中值定理,纠正一个变限积分证明中的失误,将原结论进行一定的推广,讨论了四个结论.
【总页数】3页(P39-41)
【作者】邓乐斌;贾卫红
【作者单位】郧阳师范高等专科学校数学系,湖北丹江口,442700;郧阳师范高等专科学校数学系,湖北丹江口,442700
【正文语种】中文
【中图分类】O172.2
【相关文献】
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3.积分中值定理的一个性质及其应用 [J], 向湘波
4.关于介值定理与积分中值定理的一个推广 [J], 侯成敏;何延生
5.关于积分中值定理应用的一个注记 [J], 于燕燕
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关于积分第二中值定理改进的一个注记

关于积分第二中值定理改进的一个注记
华梦霞;陈庆
【期刊名称】《大学数学》
【年(卷),期】2010(026)003
【摘要】对于积分第二中值定理的一种形式进行了进一步的讨论,从两个角度对于积分第二中值定理的结论进行了改进,给出了定理结论中的\"中值点ξ\"所属区间能强化为开区间的充要条件.
【总页数】4页(P169-172)
【作者】华梦霞;陈庆
【作者单位】南阳师范学院,数学与统计学院,河南,南阳,473061;南阳师范学院,数学与统计学院,河南,南阳,473061
【正文语种】中文
【中图分类】O177.2
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1.关于第二积分中值定理渐近性的一个注记 [J], 伍建华
2.关于第二积分中值定理“中间点”的一个注记 [J], 伍建华;孙霞林;熊德之
3.关于积分第二中值定理"中值点"的一个注记 [J], 陈新一;唐文玲
4.关于积分第二中值定理的一个注记 [J], 陈新一;唐文玲
5.关于第二积分中值定理“中间点”渐近性的一个注记 [J], 张树义
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积分第一中值定理的改进及其应用

积分第一中值定理的改进及其应用
王红军;李钓涛
【期刊名称】《商丘职业技术学院学报》
【年(卷),期】2004(3)6
【摘要】对积分第一中值定理在完全相同的条件下进行了改进和加强,并给出了应用举例.可以看出改进后定理的应用更广泛、更有效.
【总页数】3页(P22-24)
【作者】王红军;李钓涛
【作者单位】河南师范大学,数学与信息科学学院,河南,新乡,453007;河南师范大学,数学与信息科学学院,河南,新乡,453007
【正文语种】中文
【中图分类】O172.2
【相关文献】
1.积分第一中值定理的改进及应用 [J], 卜小雄
2.改进的积分第一中值定理的应用 [J], 张国铭
3.改进的第一积分中值定理及其应用 [J], 赵纬经;王贵君
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5.关于积分中值定理及推广的积分中值定理的改进 [J], 陈卫星;马全中
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