高等数学课件-20-中值定理

null第三章第三章中值定理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泰勒公式 微分中值定理 与导数的应用 第一节一、罗尔( Rolle )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 三、柯西(Cauchy)中值定理 中值定理 第三章 null费尔马、拉格朗日与柯西费马(1601 – 1665)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:至今尚未得到普遍的证明.他还是微积分学的先驱 ,费马引理是后人从他研究最大值与最小值的中 提炼出来的.拉格朗日 (1736 – 1813)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, 数学中的许多成就都直接或间接地溯源于他的工作,他是对分析数学 产生全面影响的数学家之一.柯西(1789 – 1857)柯西(1789 – 1857)法国数学家, 他对数学的贡献主要集中在微积分学,《柯 西全集》共有 27 卷.其中最重要的的是为巴黎综合学 校编写的《分析教程》, 《无穷小分析概论》, 《微积分在几何上的应用》 等,有思想有创建, 响广泛而深远 .对数学的影他是经典分析的奠人之一,他为微积分所奠定的基础推动了分析的发展. 复变函数和微分方程方面 . 一生发论文800余篇, 著书 7 本 , 一、罗尔( Rolle )定理费马(fermat)引理一、罗尔( Rolle )定理且 存在证: 设则费马 目录 上页 下页 返回 结束 证毕罗尔（ Rolle ）定理罗尔（ Rolle ）定理满足:(1) 在区间 [a , b] 上连续(2) 在区间 (a , b) 内可导(3) f ( a ) = f ( b )使证:故在[ a , b ]上取得最大值 M 和最小值 m .若 M = m , 则因此机动 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,若 M > m , 则 M 和 m 中至少有一个与端点值不等,不妨设 则至少存在一点使注意:1) 定理条件条件不全具备, 结论不一定成立. 例如,则由费马引理得 机动 目录 上页 下页 返回 结束 2) 定理条件只是充分的.使2) 定理条件只是充分的.本定理可推广为在 ( a , b ) 内可导, 且在( a , b ) 内至少存在一点证明提示: 设证 F(x) 在 [a , b] 上满足罗尔定理 . 机动 目录 上页 下页 返回 结束 例1. 证明方程例1. 证明方程有且仅有一个小于1 的正实根 .证: 1) 存在性 .则在 [0 , 1 ] 连续 ,且由介值定理知存在使即方程有小于 1 的正根2) 唯一性 .假设另有为端点的区间满足罗尔定理条件 ,至少存在一点但矛盾,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 ] 上连续满足:(2) 在区间 ( a , b ) 内可导至少存在一点使思路: 利用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 ,在 [ a , b ] 上连续 ,在 ( a , b ) 内可导,且证:问题转化为证由罗尔定理知至少存在一点即定理结论成立 .拉氏 目录 上页 下页 返回 结束 证毕拉格朗日中值定理的有限增量形式:拉格朗日中值定理的有限增量形式:推论:若函数在区间 I 上满足则在 I 上必为常数.证: 在 I 上任取两点日中值公式 , 得在 I 上为常数 .令则机动 目录 上页 下页 返回 结束 例2. 证明等式例2. 证明等式证: 设由推论可知 (常数) 令 x = 0 , 得又经验:欲证时只需证在 I 上机动 目录 上页 下页 返回 结束 例3. 证明不等式例3. 证明不等式证: 设中值定理条件,即因为故因此应有机动 目录 上页 下页 返回 结束 三、柯西(Cauchy)中值定理三、柯西(Cauchy)中值定理分析: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 ) 内至少存在一点使满足 :要证柯西 目录 上页 下页 返回 结束 证: 作辅助函数证: 作辅助函数且使即由罗尔定理知, 至少存在一点思考: 柯西定理的下述证法对吗 ?两个  不 一定相同错!机动 目录 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:注意:弦的斜率切线斜率机动 目录 上页 下页 返回 结束 例4. 设例4. 设至少存在一点使证: 结论可变形为设则在 [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  ,使即证明机动 目录 上页 下页 返回 结束 例5. 试证至少存在一点例5. 试证至少存在一点使证: 法1 用柯西中值定理 .则 f (x) , F(x) 在 [ 1 , e ] 上满足柯西中值定理条件, 令因此 即分析:机动 目录 上页 下页 返回 结束 例5. 试证至少存在一点例5. 试证至少存在一点使法2 令则 f (x) 在 [ 1 , e ] 上满足罗尔中值定理条件,使因此存在机动 目录 上页 下页 返回 结束 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格朗日中值定理柯西中值定理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: 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 思考与练习思考与练习1. 填空题1) 函数在区间 [1, 2] 上满足拉格朗日定理条件, 则中值2) 设有个根 , 它们分别在区间机动 目录 上页 下页 返回 结束 上.方程2. 设2. 设且在内可导, 证明至少存在一点使提示:由结论可知, 只需证即验证在上满足罗尔定理条件.设机动 目录 上页 下页 返回 结束 3. 若3. 若可导, 试证在其两个零点间一定有的零点. 提示:设欲证:使只要证亦即作辅助函数验证在上满足罗尔定理条件.机动 目录 上页 下页 返回 结束 4. 思考: 在4. 思考: 在即当时问是否可由此得出 不能 !因为是依赖于 x 的一个特殊的函数.因此由上式得表示 x 从右侧以任意方式趋于 0 .应用拉格朗日中值定理得上对函数机动 目录 上页 下页 返回 结束 作业作业P134 2, 5 -8 , 10 -12, 14.提示:题14. 考虑第二节 目录 上页 下页 返回 结束 备用题备用题求证存在使1. 设 可导，且在连续，证：因此至少存在显然即设辅助函数使得机动 目录 上页 下页 返回 结束 2.设 证明对任意有证：2.不妨设机动 目录 上页 下页 返回 结束