費(fèi)馬引理與羅爾中值定理

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1、*,第三章 微分中值定理及其應(yīng)用,3.1,費(fèi)爾馬引理與函數(shù)最值,3.2,羅,爾中值定理及應(yīng)用,一、,費(fèi)馬引理,(,費(fèi)馬引理,),如果對(duì),有,則,設(shè),f,(,x,),在點(diǎn) 的某鄰域 內(nèi)有定義,且在 處可導(dǎo),注：導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)稱為函數(shù)的,駐點(diǎn),.,證,設(shè)對(duì)于,有,由極限的保號(hào)性,推論,(,最值的必要條件,),設(shè),如果 存在,如果 在,a,b,上連續(xù),則 在,a,b,上一,定有最大值和最小值,.,由最值的必要條件,最大、最小值點(diǎn)只可能,是的駐點(diǎn)、不可導(dǎo)點(diǎn)或區(qū)間的端點(diǎn),.,求函數(shù)最大值與最小值的一般步驟,:,1.,求駐點(diǎn)和不可導(dǎo)點(diǎn),;,2.,求出區(qū)間端點(diǎn)及駐點(diǎn)和不可導(dǎo)點(diǎn)的函數(shù)值,比較大小,其中最大者就是

2、最大值,最小者就,是最小值,;,3.,在實(shí)際問題的應(yīng)用中,問題本身可以保證目標(biāo),函數(shù)的最大值或最小值一定存在,我們通常用這,種思想求取應(yīng)用問題的最值,.,例,1,求函數(shù) 在,-,1,4,上的最大值,解,計(jì)算,與最小值,.,(-1,4),內(nèi)駐點(diǎn),比較得,最大值 最小值,解,得,例,2,求內(nèi)接于球的圓柱體的最大體積,設(shè)球的,半徑,R.,設(shè)圓柱體的高為,2,h,底半徑為,r,體積為,V,圓柱體的最大體積一定存在,故,唯一駐點(diǎn),就是最大值點(diǎn),最大體積為,令,得,(,舍去負(fù)值,),唯一駐點(diǎn),定理,3.2(,羅爾定理,),(1),在閉區(qū)間,a,b,上連續(xù),;,(2),在開區(qū)間,(,a,b,),內(nèi)可導(dǎo),;,

3、(3),使得,3.2,羅爾中值定理及其應(yīng)用,證,若函數(shù),f,(,x,),滿足,:,必有最大值,M,和最小值,m,.,由,費(fèi)爾馬引理,推論,:,可微函數(shù) 的任意兩個(gè)零點(diǎn)之間至少有,的一個(gè)零點(diǎn),若定理?xiàng)l件不全具備,結(jié)論不一定成立,.,注,例,1,證明 是,方程 的唯一實(shí)根,.,證,矛盾,.,由,羅爾定理,原命題得證,.,使得,對(duì)可導(dǎo)函數(shù),f,(,x,),之間,在方程,f,(,x,),=,0,的兩實(shí)根,推論,至少存在方程,的一個(gè)實(shí)根,.,例,證,例,2,設(shè)常數(shù),滿足,:,試證方程,分析：,注意到,在,(0,1),內(nèi)存在一個(gè)實(shí)根,.,證,設(shè),且,由,羅爾定理,即,在,(0,1),內(nèi)可導(dǎo),在,0,1,上

4、二階可導(dǎo),且,則在 內(nèi)至少存在一點(diǎn),例,3,若,證,使得,使得,上使用,羅爾定理,使得,使用,羅爾定理,兩種常用的構(gòu)造輔助函數(shù)的方法：,1.,常數(shù),k,法構(gòu)造函數(shù),基本思路是令待證等式中的常數(shù)為,k,，,通過,恒等變形將含有的式子寫成 的形式，,然后用羅爾定理,則 就是需要的輔助函數(shù),進(jìn)行證明,.,例,4,設(shè),分析,證,令,羅爾定理,整理得,使得,故,即,2.,通過對(duì)待證等式的恒等變形尋找輔助函數(shù),然后再觀察所得函數(shù)是哪個(gè)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，這個(gè)函數(shù),就是我們需要的輔助函數(shù),.,因?yàn)榈仁街谐霈F(xiàn)的中值 一定是對(duì)某個(gè)函數(shù),使用中值定理得到的,因此,可以首先把 還原為,x,，,如果待證等式出現(xiàn) 的形式，,則可以考慮形如 的輔助函數(shù),.,問題轉(zhuǎn)化為證,設(shè)輔助函數(shù),在,0,1,上用,羅爾定理,使得,即有,例,5,設(shè),證,分析,:,作業(yè),習(xí)題,3,.2,(116,頁,),2.3.4.5.7.,(1),8.,(1),習(xí)題,3,.1,(111,頁,),1,.(2),