高等数学中值定理定义

1、第三章中值定理中值定理应用应用研究函数性质及曲线性态利用导数解决实际问题罗尔中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理推广推广微分中值定理 与导数的应用 一、罗尔一、罗尔( Rolle )定理定理第一节机动 目录 上页 下页 返回 结束 二、拉格朗日中值定理二、拉格朗日中值定理 三、柯西三、柯西(Cauchy)中值定理中值定理 中值定理 第三三章 极值的定义:设函数 在 的某邻域内有定义,若对该邻域内的任意一点 ,恒有则称 在点 处取得极大值(或极小值),而 称为函数 的极大值点(或极小值点).极大值与极小值统称为极值,极大值点与极小值点统称为函数的极值点.( )f x( )f x( )f x0 x

2、0 x0 x0()x xx00( )()( )()f xf xf xf x或极值的必要条件( )f x0 x定理:如果 在点 处可导,且在 处取得极值,则0 x0()0fx注1.在极值点处并非都有 .注2.使 的点也并非都是极值点，我们把的点称为驻点.注3.若在极值点处存在切线，则该切线是水平切线.0()0fx0()0fx0()0fx一一 罗尔（罗尔（ Rolle ）定理）定理)(xfy 满足:(1) 在区间 a , b 上连续(2) 在区间 (a , b) 内可导(3) f ( a ) = f ( b ),使. 0)(fxyoab)(xfy 证证:，上连续在因,)(baxf故在 a , b

3、上取得最大值 M 和最小值 m .在( a , b ) 内至少存在一点机动 目录 上页 下页 返回 结束 又因为 f ( a ) = f ( b )，所以最大值与最小值必定至少有一个在区间内部，而这一个就是我们要找的一个极值点.若 M m , 则 M 和 m 中至少有一个与端点值不等,不妨设 , )(afM 则至少存在一点, ),(ba使,)(Mf. 0)(f注意注意:1) 定理条件不全具备, 结论不一定成立. 例如,1,010,)(xxxxfx1yo则该点为极值点, 所以 1 , 1)(xxxf 1 ,0)(xxxfx1yo1x1yo机动 目录 上页 下页 返回 结束 使2) 定理条件只是充

4、分的. 本定理可推广为)(xfy 在 ( a , b ) 内可导, 且)(limxfax)(limxfbx在( a , b ) 内至少存在一点,. 0)(f证明提示证明提示: 设证 F(x) 在 a , b 上满足罗尔定理 . )(xFaxaf, )(bxaxf, )(bxbf, )(机动 目录 上页 下页 返回 结束 例例1. 证明方程0155 xx, 15)(5xxxf. 3) 1 (, 1)0(ff, 0)(0 xf, ) 1,0(011xxx) 1(5)(4xxf),1,0(, 0 x有且仅有一个小于1 的正实根 . 证证: 1) 存在性 .则)(xf在 0 , 1 连续 , 且由介值

5、定理知存在, ) 1 ,0(0 x使即方程有小于 1 的正根.0 x2) 唯一性 .假设另有, 0)(1xf使在以)(xf10, xx为端点的区间满足罗尔定理条件 ,之间在10, xx至少存在一点,. 0)(f使但矛盾, 故假设不真!设机动 目录 上页 下页 返回 结束 二、拉格朗日中值定理二、拉格朗日中值定理 )( (1) 在区间 a , b 上连续)(xfy 满足:(2) 在区间 ( a , b ) 内可导至少存在一点, ),(ba使.)()()(abafbffxyoab)(xfy 思路思路: 利用逆向思维逆向思维找出一个满足罗尔定理条件的函数作辅助函数显然 ,)(x在 a , b 上连续

6、 , 在 ( a , b ) 内可导, 且证证: 问题转化为证)(x)(xfxabafbf)()()(a由罗尔定理知至少存在一点, ),(ba,0)(使即定理结论成立 ., )(babbfaafb)()(拉氏 目录 上页 下页 返回 结束 0)()()(abafbff证毕拉格朗日中值定理的有限增量形式:推论推论: 若函数在区间 I 上满足,0)( xf则)(xf在 I 上必为常数.)(xf证证: 在 I 上任取两点, )(,2121xxxx上用拉在,21xx日中值公式 , 得0)()(12xfxf)(12xxf)(21xx)()(12xfxf由 的任意性知, 21,xx)(xf在 I 上为常数

7、 .) 10()(0 xxxfy,00 xxbxa令则机动 目录 上页 下页 返回 结束 例例2. 证明等式. 1, 1,2arccosarcsinxxx证证: 设,arccosarcsin)(xxxf上则在) 1, 1()(xf由推论可知Cxxxfarccosarcsin)( (常数) 令 x = 0 , 得.2C又,2) 1(f故所证等式在定义域 上成立. 1, 1自证自证:),(x,2cotarcarctanxx211x211x0经验经验: 欲证Ix时,)(0Cxf只需证在 I 上, 0)( xf,0Ix 且.)(00Cxf使机动 目录 上页 下页 返回 结束 (P111例3.1.3)例

8、例3. 证明不等式证证: 设, )1ln()(ttf上满足拉格朗日在则,0)(xtf中值定理条件,即因为故. )0()1ln(1xxxxx)0()(fxf)1ln(xxx0,11x xx1x)0()1ln(1xxxxxxxf0, )0)(因此应有机动 目录 上页 下页 返回 结束 (P111例3.1.4)三、柯西三、柯西(Cauchy)中值定理中值定理0)()()()()()(fFaFbFafbf)(分析分析:)(xf及(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 ) 内至少存在一点, ),(ba使.)()()()()()(Ff

9、aFbFafbf满足 :)(xF0)( xF)()(aFbF)(abFba0要证)()()()()()()(xfxFaFbFafbfx柯西 目录 上页 下页 返回 结束 证证: 作辅助函数)()()()()()()(xfxFaFbFafbfx)()()()()()()()(baFbFbFafaFbfa,),(,)(内可导在上连续在则babax且, ),(ba使, 0)(即由罗尔定理知, 至少存在一点.)()()()()()(FfaFbFafbf思考思考: 柯西定理的下述证法对吗 ?),(, )()()(baabfafbf),(, )()()(baabFaFbF两个 不一定相同错错! !机动 目

10、录 上页 下页 返回 结束 上面两式相比即得结论. 柯西定理的几何意义柯西定理的几何意义:)()()()()()(FfaFbFafbf)(F)(aF)()(tfytFx)(af)(bF)(bf)()(ddtFtfxy注意:xyo弦的斜率切线斜率机动 目录 上页 下页 返回 结束 )0() 1 (ff)0() 1 (FF例例3.1.5设).0() 1 (2)(fff2)(01)0() 1 (fffxxxf)()(2,)(2xxF,) 1 ,0(, 1 ,0)(内可导在上连续在xf至少存在一点),1,0(使证证: 结论可变形为设则)(, )(xFxf在 0, 1 上满足柯西中值定理条件, 因此在

11、( 0 , 1 ) 内至少存在一点 , 使)(f )(F012即)0() 1 (2)(fff证明机动 目录 上页 下页 返回 结束 例例4. 设思考思考: 例4结论是否可用罗尔定理证明?2( )( ) (1)(0)xf xffx易证 (x) 在 0 , 1 上满足罗尔中值定理条件,(0,1) ,使因此存在机动 目录 上页 下页 返回 结束 ).0() 1 (2)(fff,) 1 ,0(, 1 ,0)(内可导在上连续在xf至少存在一点),1,0(使证明分析分析: 把求证的结论移项, 设辅助函数: ( )( )2 (1)(0)0fff 内容小结内容小结1. 微分中值定理的条件、结论及关系罗尔定理拉

12、格朗日中值定理柯西中值定理)()(afbfxxF)()()(afbfxxF)(2. 微分中值定理的应用(1) 证明恒等式(2) 证明不等式(3) 证明有关中值问题的结论关键关键: 利用逆向思维设辅助函数费马引理机动 目录 上页 下页 返回 结束 4412 3412思考与练习思考与练习1. 填空题填空题1) 函数4)(xxf在区间 1, 2 上满足拉格朗日定理条件, 则中值._2) 设有个根 , 它们分别在区间341530)( xf)4, 3(, )2, 1 (, )3,2(机动 目录 上页 下页 返回 结束 上., )4)(3)(2)(1()(xxxxxf方程(P45 题14)2. 设,0)(

13、Cxf且在),0(内可导, 证明至少存在一点, ),0(使.cot)()(ff提示提示: 由结论可知, 只需证0cos)(sin)(ff即0sin)(xxxf验证)(xF在,0上满足罗尔定理条件.设xxfxFsin)()(机动 目录 上页 下页 返回 结束 (P56 例5)3. 若)(xf可导, 试证在其两个零点间一定有)()(xfxf的零点. 提示提示: 设,0)()(2121xxxfxf欲证:, ),(21xx使0)()(ff只要证0)()(ffee亦即0 )(xxxfe作辅助函数, )()(xfexFx验证)(xF在,21xx上满足罗尔定理条件.机动 目录 上页 下页 返回 结束 4.

14、设求证存在, ) 1 ,0(. 0)()(ffn使 1 , 0可导，且,0) 1 (f在连续，) 1 ,0()(xf证证：)()(xfxxn, ) 1 ,0(因此至少存在显然)(x在 上满足罗尔定理条件, 1 , 0)(即0)()(ffn设辅助函数使得)()(1ffnnn0机动 目录 上页 下页 返回 结束 (P44 题8)0)0(,0)( fxf设 证明对任意0, 021xx有)()()(2121xfxfxxf证证：210 xx )()()(1221xfxfxxf12)(xf0)(121 fx)()()(2121xfxfxxf,(2122xxx5.不妨设 )0()()()(1221fxfxf

15、xxf)(21)011x11)(xf机动 目录 上页 下页 返回 结束 作业作业P114 5, 7（1），（3）第二节 目录 上页 下页 返回 结束 费马 费马费马(1601 1665)法国数学家, 他是一位律师, 数学只是他的业余爱好. 他兴趣广泛, 博览群书并善于思考, 在数学上有许多重大贡献. 他特别爱好数论, 他提出的费马大定理:,2无整数解方程时当nnnzyxn历经358年, 直到1993年才由美国普林斯顿大学的安德鲁.怀尔斯教授经过十年的潜心研究才得到解决 .引理是后人从他研究解决最值的方法中提炼出来的.拉格朗日拉格朗日 (1736 1813)法国数学家.他在方程论, 解析函数论,及数论方面都作出了重要的贡献, 近百余年来,