《高等数学》(同济六版)教学课件★第3章.微分中值定理与导数的应用(1)汇编

(2) 在开区间 ( a , b ) 内可导
(3)在开区间 ( a , b ) 内 至少存在一点
使
f (b) f (a) F (b) F (a)
f ( ) . F( )
分析: F(b) F(a) F()(b a) 0 a b
问题转化为证 f (b) f (a) F( ) f ( ) 0
由 的任意性知,b a 在 I 上为常数 .
目录 上页 下页 返回 结束
例2. 证明等式 证: 设
由推论可知 令x=0,得
(常数)
又
故所证等式在定义域
上成立.
经验: 欲证 x I 时 f (x) C0, 只需证在 I 上 f (x) 0,
自证:
且 x0 I , 使 f (x0 ) arctan x arc cot x
思路: 利用逆b 向a 思维找即出定一理个结满论足成罗立尔定. 证理毕条件的函数
拉氏 目录 上页 下页 返回 结束
拉格朗日中值定理的有限增量形式:
令
则
y f (x0 x)x (0 1)
推论: 若函数
在区间 I 上满足
则
在 I 上必为常数.
证: 在 I 上任取两点
格朗日中值公式 , 得
0
f ( ) f (b) f (a) , (a,b)
证明提示: 设
证 F(x) 在 [a , b] 上满足罗尔定理 .
目录 上页 下页 返回 结束
例1. 证明方程
有且仅有一个小于1 的
正实根 .
证: 1) 存在性 .
设 f (x) x5 5x 1, 则 f (x) 在 [0 , 1 ] 连续 , 且
由介值定理知存在 x0 (0,1), 使
f (x0 ) 0, 即方程有小于 1 的正根
bx
至少存在一点
使 f ( ) f (b) f (a).
证: 问题转化为证 f() f(bb) af(a) 0
ba
作辅助函数 (x) f((x)) f (b) f (a) x
ba
显然 , 在[a, b] 上连续, 在(a, b)内可导, 且
(a) b f (a) a f (b) (b), 由罗尔定理知至少存在一点
第三章 微分中值定理
与导数的应用
中值定理
罗尔中值定理
推广
拉格朗日中值定理
泰勒公式
柯西中值定理
(第三节)
研究函数性质及曲线性态 应用
利用导数解决实际问题
第一节
第三章
中值定理
一、罗尔( Rolle )定理 二、拉格朗日( Lagrange )中值定理 三、柯西(Cauchy)中值定理
目录 上页 下页 返回 结束
一、罗尔( Rolle )定理
费马(fermat)引理
且
(或 )
证: 设 则
0 0
存在
y O x0 x
证毕
费马 目录 上页 下页 返回 结束
罗尔（ Rolle ）定理 满足:
(1) 在区间 [a , b] 上连续
y
y f (x)
(2) 在区间 (a , b) 内可导
O a
bx
(3) f ( a ) = f ( b )
证明
设 F (x) x2, 则 f (x), F(x) 在 [0, 1] 上满足柯西中值 定理条件, 因此在 ( 0 , 1 ) 内至少存在一点 , 使
F(11) 0F(0) F( )
即
目录 上页 下页 返回 结束
例5. 试证至少存在一点
使
证: 法1 用柯西中值定理 . 令
f (x) sin ln x, F(x) ln x
则 f (x) , F(x) 在 [ 1 , e ] 上满足柯西中值定理条件,
因此
π
C0. , x
(
,ห้องสมุดไป่ตู้
)
2
目录 上页 下页 返回 结束
例3. 证明不等式 x ln(1 x) x (x 0). 1 x
证: 设 f (t) ln(1 t) ,
中值定理条件, 因此应有
即 因为 故
目录 上页 下页 返回 结束
三、柯西(Cauchy)中值定理
及 满足 :
(1) 在闭区间 [ a , b ] 上连续
在( a , b ) 内至少存在一点 使 f ( ) 0.
证: M 和最小值 m .
若M=m,则 因此
故在[ a , b ]上取得最大值
目录 上页 下页 返回 结束
若 M > m , 则 M 和 m 中至少有一个与端点值不等,
不妨设
则至少存在一点
使
则由费马引理得 f ( ) 0. y
注意:
y f (x)
2) 唯一性 .
假设另有
f (x)在以
x0 , x1 为端点的区间满足罗尔定理条件 , 在 x0 , x1 之间
至少存在一点
但
矛盾, 故假设不真!
目录 上页 下页 返回 结束
二、拉格朗日中值定理 y
y f (x)
满足:
y
f
(b) f ba
(a)
x
(1) 在区间 [ a , b ] 上连续
(2) 在区间 ( a , b ) 内可导 O a
F (b) F (a)
( )
构造辅助函数
(x) f (b) f (a) F (x) f (x)
F (b) F (a)
柯西 目录 上页 下页 返回 结束
证:
作辅助函数
( x)
f (b) F (b)
f (a) F(x) F (a)
f
(x)
则(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导, 且
上面两式相比即得结论. 错!
目录 上页 下页 返回 结束
柯西定理的几何意义:
弦的斜率 切线斜率
x F (t)
y
y f (t)
f (b)
注意:
d y f (t) d x F(t)
f (a)
O F (a)F ( )
F (b) x
目录 上页 下页 返回 结束
例4. 设
至少存在一点
使
证: 问题转化为证
(a) f (b)F (a) f (a)F (b) (b)
F (b) F (a)
由罗尔定理知, 至少存在一点
使
即
f (b) f (a) f ( ) . F (b) F (a) F( )
思考: 柯西定理的下述证法对吗 ?
f (b) f (a) f ( )(b a), (a, b) 两个 不 F(b) F(a) F( )(b a), (a, b) 一定相同
1) 定理条件条件不全具备, 结论不一定 O a
bx
成立. 例如,
y O 1x
y
y
1 O 1 x O 1 x
目录 上页 下页 返回 结束
2) 定理条件只是充分的. 本定理可推广为
在 ( a , b ) 内可导, 且
lim f (x) lim f (x)
xa
xb
在( a , b ) 内至少存在一点 使