罗尔中值定理
三大微分中值定理之一
以法国数学家米歇尔·罗尔命名的罗尔(Rolle)中值定理是微分学中一条重要的定理,是三大微分中值定理之一,其他两个分别为:拉格朗日(Lagrange)中值定理、柯西(Cauchy)中值定理。 罗尔定理描述如下:如果 R 上的函数f(x)满足以下条件:(1)在闭区间[a,b]上连续,(2)在开区间(a,b)内可导,(3)f(a)=f(b),则至少存在一个ξ∈(a,b),使得f'(ξ)=0。
罗尔定理的证明
证明:因为函数在闭区间上连续,所以存在最大值最小值,分别用 和 表示,分两种情况讨论:
1. 若,则函数 在闭区间 上必为常函数,。
2. 若 ,则因为 使得最大值 与最小值 至少有一个在内某点处取得,从而是的极值点,又条件 在开区间内可导得, 在 处取得极值,由费马引理,推知:。
几何意义
连续曲线 在区间 上所对应的弧段 ,除端点外处处具有不垂直于 轴的切线,且在弧的两个端点处的纵坐标相等,则在弧上至少有一点,使曲线在点处的切线平行于轴。
罗尔定理的推广
(1)有界开区间上的有界函数
若函数 在区间 上连续且可导,并有 ,则至少存在一个 ,使得 。
(2)有界区间上的无界函数
若函数 在区间 上连续且可导,并有 (或 ),则至少存在一个 ,使得 。
(3)无界区间上的有界函数
若函数 在区间 上连续且可导,并有,则至少存在一个 ,使得 。
(4)无界区间上的无界函数
若函数 在区间 上连续且可导,并有 (或 ),则至少存在一个 ,使得 。
(5)半无界区间上的有界函数
若函数 在区间连续且可导,并有 ,则至少存在一个 ,使得 。
(6)半无界区间上的无界函数
若函数 在区间上连续且可导,并有 (或 ),则至少存在一个 ,使得 。
范例解析
用罗尔中值定理证明:方程在内有实根。
证明: 设,则在上连续,在内可导,所以由罗尔中值定理,至少存在一点,使得,所以,所以ξ是方程在内的一个实根。结论得证。
提出时间
罗尔定理原是罗尔1690年确定多项式的根的位置时所加的一个注,后人在此基础上发展起来,罗尔本人并未明确给出并证明它。该定理断言:设是实系数多项式, 的导式在的两个相邻的实根之间有奇数个实根.罗尔于 1691年在他所著的《方程的解法》书中提出。后人把它推广到是一般的可微函数的情形。
参考资料
最新修订时间:2024-12-18 19:48
目录
概述
罗尔定理的证明
几何意义
罗尔定理的推广
参考资料