什么是羅爾定理
羅爾中值定理是微分學中一條重要的定理,是三大微分中值定理之一,描述如下: 如果函數f(x)滿足以下條件:(1)在閉區間[a,b]上連續,(2)在(a,b)內可導,(3)f(a)=f(b),則至少存在一個ξ∈(a,b),使得f'(ξ)=0。
羅爾定理是什么意思
1.羅爾定理的定義
以法國數學家米歇爾·羅爾命名的羅爾中值定理(英語:Rolle's theorem)是微分學中一條重要的定理,是三大微分中值定理之一,敘述如下:如果函數 f(x)滿足
(1)在閉區間 [a,b]上連續;
(2)在開區間 (a,b)內可導;
(3)在區間端點處的函數值相等,即 f(a)=f(b),
那么在 (a,b)內至少有一點ε (a<ε<b)
使得
2.幾何理解
下面是幾何圖解羅爾定理。函數y=f(x)在 [a,b]上連續,(a,b)內可導,并且f(a)=f(b),那么f(x)曲線至少存在一點,其斜率為0.(下圖顯示有2個點斜率為0)
3.通俗解釋
你站在地上,垂直向天空拋出一小球,小球又落在地上,那么在小球運動過程中,一定有一個時刻t,在t時刻速度是0.(在這個t時刻之前,速度是向上的,過了這個時刻t,速度向下,而在這個t,就是物體運動的最高點,速度是0)
羅爾定理推論是什么?
羅爾定理的推論是:若連續曲線y=f(x)在區間上所對應的弧段AB,除端點外處處具有不垂直于x軸的切線,且在弧的兩個端點A,B處的縱坐標相等,則在弧AB上至少有一點C,使曲線在C點處的切線平行于x軸。
若M>m,則因為f(a)=f(b)使得最大值M與最小值m至少有一個在(a,b)內某點ξ處取得,從而ξ是f(x)的極值點,又條件f(x)在開區間(a,b)內可導得,f(x)在ξ處取得極值,由費馬引理,可導的極值點一定是駐點,推知:f'(ξ)=0。
羅爾定理證明過程
證明:因為函數 f(x) 在閉區間[a,b] 上連續,所以存在最大值與最小值,分別用 M 和 m 表示,分兩種情況討論:
1、若 M=m,則函數 f(x) 在閉區間 [a,b] 上必為常函數,結論顯然成立。
2、若 M>m,則因為 f(a)=f(b) 使得最大值 M 與最小值 m 至少有一個在 (a,b) 內某點ξ處取得,從而ξ是f(x)的極值點,又條件 f(x) 在開區間 (a,b) 內可導得,f(x) 在 ξ 處取得極值,由費馬引理,可導的極值點一定是駐點,推知:f'(ξ)=0。
羅爾定理
羅爾定理的證明
羅爾(Rolle)定理
設函數在閉區間上連續,在開區間上可導,
且,則在內至少存在一點,使得。
證明: 由于在閉區間上連續,則,存在.
若,則,內任意一點都可作為.
若,則由知與中至少有一個(不妨設
為)在區間內某點取到, 即,下面證明.
因為在處可導,所以極限存在,因而左、
右極限都存在且相等,即
,由于
是在上的最大值,
所以不論或,都有,
當時,,因而,
當時,,因而,
怎么證明羅爾定理?
羅爾定理可知。
fa=fb時,存在某點e,使f′e=0。
開始證明拉格朗日。
我們假設一函數fx。
目標:證明fb-fa=f′e(b-a),即拉格朗日。
我們假設fx來做成一個毫無意義的函數,fx-(fb-fa)/(b-a)*x,我們也不知道他能干啥,是我們隨便寫的一個特殊函數,我們令它等于Fx。
這個特殊函數在于,這個a和b,正好滿足Fb=Fa,且一定存在這個a和b。
此時我們就有羅爾定理的前提了。
于是得出有一個e,能讓F′e=0(羅爾定理)
即(fx-(fb-fa)/(b-a)*x)′,
上面求導等于f′x-(fb-fa)/(b-a)。
將唯一的x帶換成e,并且整個式子等于0。
變成f′e-(fb-fa)/(b-a)=0→
f′e=(fb-fa)/(b-a)→
f′e(b-a)=(fb-fa)。
完畢。
羅爾定理成立的三個條件
羅爾定理成立的三個條件一般是函數f(x)在閉區間[a,b]上連續,在開區間(a,b)內可導,且在區間端點的函數值相等,即f(a)=f(b)。
如果函數f(x)在閉區間[a,b]上連續,在開區間(a,b)內可導,且在區間端點的函數值相等,即f(a)=f(b),那末在(a,b)內至少有一點ζ(a<ζ