中值定理的证明题

第五讲 中值定理的证明技巧

一、 考试要求

1、 理解闭区间上连续函数的性质（最大值、最小值定理，有界性定理，介值定

理），并会应用这些性质。

2、 理解并会用罗尔定理、拉格朗日中值定理(泰勒定理），了解并会用柯西中

值定理。掌握这三个定理的简单应用（经济）。 3、 了解定积分中值定理。

二、 内容提要

1、 介值定理（根的存在性定理）

（1）介值定理 在闭区间上连续的函数必取得介于最大值 M 与最小值m 之间的任何值. （2）零点定理

设f(x)在[a 、b]连续，且f(a)f(b)＜0，则至少存在一点,c ∈(a 、b)，使得f(c)=0

2、 罗尔定理

若函数)(x f 满足：

（1）)(x f 在[]b a ,上连续 （2）)(x f 在),(b a 内可导 （3）)()(b f a f =

则一定存在),(b a ∈ξ使得0)('=ξf 3、 拉格朗日中值定理

若函数)(x f 满足：

（1）)(x f 在[]b a ,上连续 （2）)(x f 在),(b a 内可导

则一定存在),(b a ∈ξ，使得))((')()(a b f a f b f -=-ξ

4、 柯西中值定理

若函数)(),(x g x f 满足:

（1）在[]b a ,上连续 （2）在),(b a 内可导 （3）0)('≠x g

则至少有一点),(b a ∈ξ使得)(')

(')

()()()(ξξg f a g b g a f b f =

--

5、 泰勒公式

如果函数)(x f 在含有0x 的某个开区间),(b a 内具有直到1+n 阶导数, 则当x 在

),(b a 内时,

)(x f 可以表示为0

x x -的一个n 次多项式与一个余项)(x R n 之和，即

)

())((!1 ))((!21))(()()(00)(200000x R x x x f n x x x f x x x f x f x f n n n +-+⋅⋅⋅+-''+-'+=

其中1

0)1()()!1()

()(++-+=n n n x x n f x R ξ (ξ介于0x 与x 之间).

在需要用到泰勒公式时，必须要搞清楚三点：

1．展开的基点； 2．展开的阶数；

3．余项的形式．

其中余项的形式，一般在求极限时用的是带皮亚诺余项的泰勒公式，在证明不等式时用的是带拉格朗日余项的泰勒公式．

而基点和阶数，要根据具体的问题来确定．

6、 积分中值定理

若f(x)在[a 、b]上连续，则至少存在一点c ∈[a 、b]，使得

b

a

⎰

f(x)dx=f(c)(b-a)

三、 典型题型与例题

题型一 、与连续函数相关的问题（证明存在ξ使0)(=ξf 或方程f(x)=0有根） 方法：大多用介值定理 f(x)满足：在[a,b]上连续；f(a)f(b)<0. 思路：1）直接法

2）间接法或辅助函数法

例1、设)(x f 在[a,b]上连续，),,2,1(0,21n i c b x x x a i n ΛΛ=><<<<<，证明存在],[b a ∈ξ ，使得

n

n n c c c x f c x f c x f c f ++++++=

ΛΛ212211)

()()()(ξ

例2、设)(,0x f a b >>在[a,b]上连续、单调递增，且0)(>x f ，证明存在),(b a ∈ξ

使得 )(2)()(222ξξf a f b b f a =+

例3、设)(x f 在[a,b]上连续且0)(>x f ，证明存在),(b a ∈ξ使得

⎰⎰⎰

=

=b

b

a

a

dx x f dx x f dx x f ξ

ξ

)(21)()(。

例4、设)(),(x g x f 在[a,b]上连续，证明存在),(b a ∈ξ使得 ⎰⎰=b

a

dx x g f dx x f g ξ

ξξξ)()()()(

例5、 设f(x)在[0,1]上连续，且f(x)<1. 证明：210x f t dt x

-=⎰()在(0,1)内有且仅

有一个实根。

例6、设实数n a a a ,,,21Λ满足关系式01

2)1(312

1=--++-

-n a a a n n Λ，证明方程 0)12cos(3cos cos 21=-+++x n a x a x a n Λ，在)2

,0(π

内至少有一实根。

例7、（0234，6分）

设函数f(x),g(x)在[a,b]上连续，且g(x)>0,利用闭区间上连续函数的性质，证

明存在一点],[b a ∈ξ使得

⎰⎰

=b

a

b

a

dx x g f dx x g x f )()()()(ξ

题型二、 验证满足某中值定理

例8、验证函数⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤-=1,11,2

3)(2

x x

x x x f ，在[0，2]上满足拉格朗日中值定理，并求

满足定理的ξ

题型三、 证明存在ξ, 使f n ()

()ξ=0(n=1,2,…)

方法：

思路：

例9、设)(x f 在[a,b]上可导且0)()(<''-+b f a f ，证明至少存在一个

),(b a ∈ξ使得0)(='ξf