微分中值定理证明题中构造函数的逆推方法

微分中值定理证明题中构造函数的逆推方法
微分中值定理证明题中构造函数的逆推方法

大家在做微分中值定理证明题的时候常常会好奇它的构造函数是怎么推出来的,我在这里传授一下存在在微分中值定理证明题中是怎么推出构造函数的。

先看这一题,已知f(x)连续,且f(a)=f(b)=0,求证在(a ,b )中存在ε使f ’(ε)=f(ε)

证明过程: f ’(ε)=f(ε), 所以f ’(x)=f(x), 让f(x)=y, 所以 y dx dy =,即dx dy y =1,所以对两边简单积分,即??=dx dy y 11,所以解出来(真的是不定积分的话后面还要加个常数C ,但这只是我的经验方法,所以不加)就是x y =ln ,也就是x e y =,这里就到了最关键的一步,要使等式一边为1!,所以把x e 除下来,就是1=x

e y ,所以左边就是构造函数,也就是x e y -?,而y 就是f(x),所以构造函数就是x e x

f -)(,你用罗尔定理带进去看是不是。再给大家举几个例子。

二、已知f(x)连续,且f(a)=f(b)=0,求证:

在(a ,b )中存在ε使f ’(ε)+2εf(ε)=0

证:一样的,xy dx dy

2-=,把x,y 移到两边,就是xdx dy y

21-=,所以积分出来就是2ln x y -=,注意y 一定要单独出来,不能带ln ,所以就是=y 2x e -,移出1就是,12=x ye 所以构造函数就是

2)(x e x f ,再用罗尔定理就出来了。

三、已知f(x)连续,且f(a)=f(-a),求证在(-a ,a )中存在ε使f ’(ε) ε+2f(ε)=0.

证:02=+y x dx dy ,移项就是dx x

dy y 121-=,所以x y ln 2ln -=,所以就是21

x y =,移项就是12=?x y ,所以构造的函数就是

2)(x x f ?,再用罗尔定理就可以了。

注:这种方法不是万能的,例如有些题目它的构造函数里面就有一阶导数,或者更复杂的是导数与原函数的乘积,这种方法就无能为力了,不过对于大多数题目还是有用的,这种方法只是在没有感觉的时候给一种参考,并不是万能的。

第3章 微分中值定理与导数的应用总结

1基础知识详解 先回顾一下第一章的几个重要定理 1、0 lim ()()x x x f x A f x A α→∞→=?=+ ,这是极限值与函数值(貌似是邻域)之间的 关系 2、=+()o αββαα?: ,这是两个等价无穷小之间的关系 3、零点定理: 条件:闭区间[a,b]上连续、()()0f a f b < (两个端点值异号) 结论:在开区间(a,b)上存在ζ ,使得()0f ζ= 4、介值定理: 条件:闭区间[a,b]上连续、[()][()]f a A B f b =≠= 结论:对于任意min(,)max(,)A B C A B <<,一定在开区间(a,b)上存在ζ,使得 ()f C ζ=。 5、介值定理的推论: 闭区间上的连续函数一定可以取得最大值M 和最小值m 之间的一切值。 第三章 微分中值定理和导数的应用 1、罗尔定理 条件:闭区间[a,b]连续,开区间(a,b)可导,f(a)=f(b) 结论:在开区间(a,b)上存在ζ ,使得'()0f ζ= 2、拉格朗日中值定理 条件:闭区间[a,b]连续,开区间(a,b)可导 结论:在开区间(a,b)上存在ζ ,使得()()'()()f b f a f b a ζ-=- 3、柯西中值定理

条件:闭区间[a,b]连续,开区间(a,b)可导,()0,(,)g x x a b ≠∈ 结论:在开区间(a,b)上存在ζ ,使得 ()()'() ()()'() f b f a f g b g a g ζζ-= - 拉格朗日中值定理是柯西中值定理的特殊情况,当g(x)=x 时,柯西中值定理就变成了拉格朗日中值定理。 4、对罗尔定理,拉格朗日定理的理解。 罗尔定理的结论是导数存在0值,一般命题人出题证明存在0值,一般都用罗尔定理。当然也有用第一章的零点定理的。但是两个定理有明显不同和限制,那就是,零点定理两端点相乘小于0,则存在0值。而罗尔定理是两个端点大小相同,则导数存在0值。如果翻来覆去变形无法弄到两端相等,那么还是别用罗尔定理了,两端相等,证明0值是采用罗尔定理的明显特征。 拉格朗日定理是两个端点相减,所以一般用它来证明一个函数的不等式: 122()()-()1()m x f x f x m x <<; 一般中间都是两个相同函数的减法,因为这样便 于直接应用拉格朗日,而且根据拉格朗日的定义,一般区间就是12[,]x x 。 5、洛必达法则应用注意 正常求极限是不允许使用洛必达法则的,洛必达法则必须应用在正常求不出来的不定式极限中。不定式极限有如下7种: 000,,0*,,0,1,0∞∞ ∞∞-∞∞∞ 每次调用洛必达方法求解极限都必须遵从上述守则。 6、泰勒公式求极限。 如果极限是0 lim () x x f x → 那么就在0x 附近展开。如果极限是

(完整版)利用微分中值定理证明不等式

微分中值定理证明不等式 微分中值定理主要有下面几种: 1、费马定理:设函数()f x 在点0x 的某邻域内有定义,且在点0x 可导,若点0x 为()f x 的极值点,则必有 0()0f x '=. 2、罗尔中值定理:若函数()f x 满足如下条件: (1)()f x 在闭区间[,]a b 上连续; (2)()f x 在开区间(,)a b 内可导; (3)()()f a f b =, 则在开区间(,)a b 内至少存在一点ξ,使得 ()0f ξ'=. 3、拉格朗日中值定理:若函数()f x 满足如下条件: (1)()f x 在闭区间[,]a b 上连续; (2)()f x 在开区间(,)a b 内可导; 则在开区间(,)a b 内至少存在一点ξ,使得 ()()()f b f a f b a ξ-'=-. 4、柯西中值定理:若函数()f x ,()g x 满足如下条件: (1)在闭区间[,]a b 上连续; (2)在开区间(,)a b 内可导; (3)()f x ',()g x '不同时为零; (4)()()g a g b ≠; 则在开区间(),a b 内存在一点ξ,使得 ()()()()()() f f b f a g g b g a ξξ'-='-. 微分中值定理在证明不等式时,可以考虑从微分中值定理入手,找出切入点,灵活运用相关微分中值定理,进行系统的分析,从而得以巧妙解决. 例1、 设 ⑴(),()f x f x '在[,]a b 上连续; ⑵()f x ''在(,)a b 内存在; ⑶()()0;f a f b == ⑷在(,)a b 内存在点c ,使得()0;f c > 求证在(,)a b 内存在ξ,使()0f ξ''<. 证明 由题设知存在1(,)x a b ∈,使()f x 在1x x =处取得最大值,且由⑷知1()0f x >,1x x =也是极大值点,所以 1()0f x '=. 由泰勒公式:211111()()()()()(),(,)2! f f a f x f x a x a x a x ξξ'''-=-+-∈. 所以()0f ξ''<. 例2 、设0b a <≤,证明ln a b a a b a b b --≤≤.

中值定理证明

中值定理 首先我们来瞧瞧几大定理: 1、 介值定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且在该区间的端点取不同的函数值f(a)=A 及 f(b)=B,那么对于A 与B 之间的任意一个数C,在开区间(a,b)内至少有一点ξ使得f(ξ)=C(a<ξ

谈谈拉格朗日中值定理的证明(考研中的证明题)

谈谈拉格朗日中值定理的证明 引言 众所周至拉格朗日中值定理是几个中值定理中最重要的一个,是微分学 应用的桥梁,在高等数学的一些理论推导中起着很重要的作用. 研究拉格朗日中值定理的证明方法,力求正确地理解和掌握它,是十分必要的. 拉格朗日中值定理证明的关键在于引入适当的辅助函数. 实际上,能用来证明拉格朗日中值定理的辅助函数有无数个,因此如果以引入辅助函数的个数来计算,证明拉格朗日中值定理的方法可以说有无数个. 但事实上若从思想方法上分,我们仅发现五种引入辅助函数的方法. 首先对罗尔中值定理拉格朗日中值定理及其几何意义作一概述. 1罗尔()Rolle 中值定理 如果函数()x f 满足条件:()1在闭区间[]b a ,上连续;()2在开区间()b a ,内可导;(3)()()b f a f =,则在()b a ,内至少存在一点ζ ,使得()0'=ζf 罗尔中值定理的几何意义:如果连续光滑曲线()x f y =在点B A ,处的纵坐标相等,那么,在弧 ? AB 上至少有一点()(),C f ζζ ,曲线在C 点的切线平行于x 轴,如图1, 注意 定理中三个条件缺少其中任何一个,定理的结论将不一定成立;但不能认为定理条件不全具备,就一定不存在属于()b a ,的ζ,使得()0'=ζf . 这就是说定理的条件是充分的,但非必要的. 2拉格朗日()lagrange 中值定理

若函数()x f 满足如下条件:()1在闭区间[]b a ,上连续;()2在开区间()b a ,内可导;则在()b a ,内至少存在一点ζ,使()()()a b a f b f f --= ζ' 拉格朗日中值定理的几何意义:函数()x f y =在区间[]b a ,上的图形是连续光滑曲线弧 ? AB 上至少有一点C ,曲线在C 点的切线平行于弦AB . 如图2, 从拉格朗日中值定理的条件与结论可见,若()x f 在闭区间[]b a ,两端点的函数值相等,即()()b f a f =,则拉格朗日中值定理就是罗尔中值定理. 换句话说,罗尔中值定理是拉格朗日中值定理的一个特殊情形.正因为如此,我们只须对函数()x f 作适当变形,便可借助罗尔中值定理导出拉格朗日中值定理. 3 证明拉格朗日中值定理 3.1 教材证法 证明 作辅助函数 ()()()()f b f a F x f x x b a -=-- 显然,函数()x F 满足在闭区间[]b a ,上连续,在开区间()b a ,内可导,而且 ()()F a F b =.于是由罗尔中值定理知道,至少存在一点ζ()b a <<ζ,使 ()()()()0''=--- =a b a f b f f F ζζ.即()()()a b a f b f f --=ζ'. 3.2 用作差法引入辅助函数法 证明 作辅助函数 ()()()()()()?? ???? ---+-=a x a b a f b f a f x f x ? 显然,函数()x ?在闭区间[]b a ,上连续,在开区间()b a ,内可导,()()0==b a ??,因此,由罗尔中值定理得,至少存在一点()b a ,∈ζ,使得 ()()()()0''=---=a b a f b f f ζζ?,即 ()()()a b a f b f f --=ζ' 推广1 如图3过原点O 作OT ∥AB ,由()x f 与直线OT 对应的函数之差构成辅助函数()x ?,因为直线OT 的斜率与直线AB 的斜率相同,即有:

微分中值定理例题

理工大学 微积分-微分中值定理费马定理罗尔定理拉格朗日定理柯西定理

()()1.()0,(0)0,f x f f f ?ξξξξζξξξ'' <=>><≤[][]''''''[]<<≤121212 121212122111211121 1221设证明对任何的x 0,x0,有(x+x)(x)+f(x). 解:不妨设xx,(x)=f (x+x)-f(x)-f(x) =f(x+x)-f(x)-f(x)-f(0) =f()x-f()x=xf()-f()=xf-.因为,0xx()ξζ?''<<<<2112x+x,又f0,所以(x)0,所以原不等式成立。 12n 12n 12n 11221122n 001 1 000.x b f x .x x x b 1,f )f x f x f x x *,()()()()n n n n n i i i i i i i X b b x f x f x f x x x λλλλλλλχλχλχλλλλλ=='' >???∈<<1++?+=++?+≤?=<=>α. '''=+-+ ∑∑2设f ()在(a ,)内二阶可导,且()0,,(a ,),0,,,且则,试证明(()+()++(). 解:设同理可证:()20000i 00 1 1 1 1 0000111() ()()()().x 2! ()()()()()(()()().) n n n i i i i i i i n n i n n i i i i i i i i i i i i f x x f x f x x x f x f x f x f x x x f x X X x x f x f x λλλλξξλλλ=======?? ''-'-≥+-<<'≥+-===- ??? ∑∑∑∑∑∑∑注:x ()3.)tan . 2 F ,F 2 (0)0,(0)0,((cos 2 F f x f F F f ππξ ξπξξπππ πππξ [0]0'∈=[0]0=∴===[0]∈Q 设f(x)在,上连续,在(,)内可导,且f (0)=0,求证:至少存在(0,),使得2f ( 证明:构造辅助函数:(x)=f(x)tan 则(x)在,上连续, 在(,)内可导, 且))所以(x)在,上满足罗尔定理的条件,故由罗尔定理知:至少存在(0()()()()()()F 011F x cos sin F cos sin 0222222 cos 0)tan 2 2 x x x f f f πξξξ ξξξξ ξ ξπξξ'=''''=- =-='∈≠=,),使得,而f(x)f()又(0,),所以,上式变形即得:2f (,证毕。

高等数学-中值定理证明

第三章中值定理证明

1.闭区间上连续函数定理① ② ③ ④ 2.微分中值定理 ① ② ③ ④ 3.积分中值定理 ① ② 不等式证明思路 ①构造函数(利用极值) ②拉格朗日中值定理 ③函数凹凸性定义

1.若()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 上可导,()()0f a f b ==,证明:R λ?∈, (,)a b ξ?∈使得:()()0 f f ξλξ'+=2.设,0a b >,证明:(,)a b ξ?∈,使得(1)() b a ae be e a b ξξ-=--3.设()f x 在(0,1)内有二阶导数,且(1)0f =,有2()()F x x f x =证明:在(0,1)内至少存在一点ξ,使得:()0 F ξ''=4.设)(x f 在[0,2a]上连续,)2()0(a f f =,证明在[0,a]上存在ξ使得 )()(ξξf a f =+.

5.若)(x f 在]1,0[上可导,且当]1,0[∈x 时有1)(0<

微分中值定理的证明题(题目)

微分中值定理的证明题 1. 若()f x 在[,]a b 上连续,在(,)a b 上可导,()()0f a f b ==,证明:R λ?∈, (,)a b ξ?∈使得:()()0f f ξλξ'+=。 。 2. 设,0a b >,证明:(,)a b ξ?∈,使得(1)()b a ae be e a b ξξ-=--。 。 3. 设()f x 在(0,1)内有二阶导数,且(1)0f =,有2()()F x x f x =证明:在(0,1) 内至少存在一点ξ,使得:()0F ξ''=。 证 4. 设函数)(x f 在[0,1]上连续,在(0,1)上可导,0)0(=f ,1)1(=f .证明: (1)在(0,1)内存在ξ,使得ξξ-=1)(f . (2) 在(0,1)内存在两个不同的点ζ,1)()(//=ηζηf f 使得 5. 设)(x f 在[0,2a]上连续,)2()0(a f f =,证明在[0,a]上存在ξ使得 )()(ξξf a f =+. 6. 若)(x f 在]1,0[上可导,且当]1,0[∈x 时有1)(0<

9. 设()f x 在[,]a b 上连续,(,)a b 内可导(0),a b ≤<()(),f a f b ≠ 证明: ,(,)a b ξη?∈使得 ()().2a b f f ξηη +''= (1) 10. 已知函数)(x f 在[0 ,1]上连续,在(0 ,1)内可导,b a <<0,证明存在),(,b a ∈ηξ, 使)()()(3/22/2ηξηf b ab a f ++= 略) 11. 设)(x f 在a x ≥时连续,0)(时,0)(/>>k x f ,则在))(,(k a f a a -内0)(=x f 有唯一的实根 根 12. 试问如下推论过程是否正确。对函数21sin 0()0 0t t f t t t ?≠?=??=?在[0,]x 上应用拉格朗日中值定理得: 21s i n 0()(0)111s i n ()2s i n c o s 00x f x f x x f x x x ξξξξ --'====--- (0)x ξ<< 即:1 1 1cos 2sin sin x x ξξξ=- (0)x ξ<< 因0x ξ<<,故当0x →时,0ξ→,由01l i m 2s i n 0ξξξ+→= 01lim sin 0x x x +→= 得:0lim x +→1cos 0ξ=,即01lim cos 0ξξ+→= 出 13. 证明:02x π?<<成立2cos x x tgx x <<。

拉格朗日中值定理的证明

拉格朗日中值定理是微分学中最重要的定罗尔定理来证明。理之一,它是沟通函数与其导数之间的桥梁,也是微分学的理论基础。一般高等数学教材上,大都是用罗尔定理证明拉朗日中值定理,直接给出一个辅助函数,把拉格朗日定理的证明归结为用罗尔定理,证明的关键是给出—个辅助函数。 怎样构作这一辅助函数呢?给出两种构造辅助函数的去。 罗尔定理:函数满足在[a,b止连续,在(a,b)内可导,且f(a)=f(b),则在(a,b)内至少存在一点∈,使f(∈)==o (如图1)。 拉格朗日定理:若f(x)满足在『a,b』上连续,在(a,b)内可导,则在(a,b)内至少存在_ ∈,使(如图2). 比较定理条件,罗尔定理中端点函数值相等,f ,而拉格朗日定理对两端点函数值不作限制,即不一定相等。我们要作的辅助函数,除其他条件外,一定要使端点函数值相等,才能归结为: 1.首先分析要证明的等式:我们令 (1) 则只要能够证明在(a,b)内至少存在一点∈,使f(∈ t就可以了。 由有,f(b)-tb=f(a)-ta (2) 分析(2)式,可以看出它的两边分别是F(X)=f(x)-tx在b,a观点的值。从而,可设辅助函数F(x)=f(x)-tx。该函数F(x)满足在{a.b{上连续,在(a,b)内可导,且 F(a)=F(b) 。根据罗尔定理,则在(a,b)内至少存在一点∈,使F。(∈)=O。也就是f(∈)-t=O,也即f(∈ )=t,代人(1 )得结论 2.考虑函数

我们知道其导数为 且有 F(a)=F(b)=0. 作辅助函数,该函数F(x)满足在[a,b]是连续,在(a,b)内可导,且f F 。根据罗尔定理,则在(a,b)内至少存在一点∈,使F’ 从而有结论成立.

关于高等数学常见中值定理证明及应用

中值定理 首先我们来看看几大定理: 1、介值定理:设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且在该区间的端点取不同的函数值 f(a)=A及f(b)=B,那么对于A与B之间的任意一个数C,在开区间(a,b)内至少有一点ξ使得f(ξ)=C(a<ξ

微分中值定理

微分中值定理 班级: 姓名: 学号:

摘要 微分中值定理是一系列中值定理的总称,是研究函数的有力工具,包括费马中值定理、罗尔定理、拉格朗日定理、柯西定理.以罗尔定理、拉格朗日中值定理和柯西中值定理组成的一组中值定理是一整个微分学的重要理论。它不仅沟通了函数与其导数的关系,而且也是微分学理论应用的桥梁,本文在此基础上,综述了微分中值定理在研究函数性质,讨论一些方程零点(根)的存在性,和对极限的求解问题,以及一些不等式的证明. 罗尔定理 定理1 若函数f 满足下列条件: (1)在闭区间[,]a b 连续; (2)在开区间(,)a b 可导; (3)()()f a f b =, 则在开区间(,)a b 内至少存在一点ξ,使得 ()0f ξ'=. 几何意义: 在每一点都可导的连续曲线上,若端点值相等则在曲线上至少存在一条水平曲线。 (注:在罗尔定理中,三个条件有一个不成立,定理的结论就可能不成立.) 例1 若()x f 在[]b a ,上连续,在()b a ,内可导()0>a ,证明:在()b a ,内方程 ()()[]() ()x f a b a f b f x '222-=-至少存在一个根. 证明:令()()()[]()()x f a b x a f b f x F 222---= 显然()x F 在[]b a ,上连续,在()b a ,内可导,而且 ()()()()b F a f b a b f a F =-=22 根据罗尔定理,至少存在一个ξ,使

()()[]() ()x f a b a f b f '222-=-ξ 至少存在一个根. 例2 求极限: 1 2 20(12) lim (1) x x e x ln x →-++ 解:用22ln )(0)x x x →:(1+有 20 2 12 012 01(12)2lim (1) 1(12)2 lim (12)lim 2(12)lim 2212 x x x x x x x x e x In x e x x e x x e x →→-→- →-++-+=-+=++=== 拉格朗日中值定理 定理2:若函数f 满足如下条件: (1)在闭区间[,]a b 连续; (2)在开区间(,)a b 可导, 则在开区间(,)a b 内至少存在一点ξ,使得 ()() () f b f a f b a ξ-'=- 显然,特别当()()f a f b =时,本定理的结论即为罗尔中值定理的结论.这表明罗尔中值定理是拉格朗日中值定理的一种特殊情形. 拉格朗日中值定理的几何意义是:在满足定理条件的曲线()y f x =上至少存在一点(,())P f ξξ,该曲线在该点处的切线平行于曲线两端点的连线AB . 此外,拉格朗日公式还有以下几种等价表示形式,供读者在不同场合适用:

微分中值定理习题课

第三 微分中值定理习题课 教学目的 通过对所学知识的归纳总结及典型题的分析讲解,使学生对所学的知识有一个更深刻的理解和认识. 教学重点 对知识的归纳总结. 教学难点 典型题的剖析. 教学过程 一、知识要点回顾 1.费马引理. 2.微分中值定理:罗尔定理,拉格朗日中值定理,柯西中值定理. 3.微分中值定理的本质是:如果连续曲线弧AB 上除端点外处处具有不垂直于横轴的切线,则这段弧上至少有一点C ,使曲线在点C 处的切线平行于弦AB . 4.罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值的条件是充分的,但不是必要的.即当条件满足时,结论一定成立;而当条件不满足时,结论有可能成立,有可能不成立. 如,函数 (){ 2 ,01,0 , 1 x x f x x ≤<== 在[]1,0上不满足罗尔定理的第一个条件,并且定理的结论对其也是不成立的.而函数 (){ 2 1,11,1, 1 x x f x x --≤<= = 在[]1,1-上不满足罗尔定理的第一和第三个条件,但是定理的结论对其却是成立的. 5.泰勒中值定理和麦克劳林公式. 6.常用函数x e 、x sin 、x cos 、)1ln(x +、α )1(x +的麦克劳林公式. 7.罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理及泰勒中值定理间的关系. 8.00、∞∞ 、∞?0、∞-∞、00、∞1、0 ∞型未定式. 9.洛必达法则. 10.∞?0、00、∞1、0 ∞型未定式向00或∞∞ 型未定式的转化. 二、练习 1. 下面的柯西中值定理的证明方法对吗?错在什么地方?

由于()x f 、()x F 在[]b a ,上都满足拉格朗日中值定理的条件,故存在点()b a ,∈ξ,使得 ()()()()a b f a f b f -=-ξ', ()1 ()()()()a b F a F b F -'=-ξ. ()2 又对任一 (),,()0 x a b F x '∈≠,所以上述两式相除即得 ()()()()()()ξξF f a F b F a f b f ''= --. 答 上述证明方法是错误的.因为对于两个不同的函数()x f 和()x F ,拉格朗日中值定理公式中的ξ未必相同.也就是说在()b a ,内不一定存在同一个ξ,使得()1式和()2式同时成立. 例如,对于()2 x x f =,在[]1,0上使拉格朗日中值定理成立的 21 = ξ;对()3 x x F =, 在[]1,0上使拉格朗日中值定理成立的 33 = ξ,两者不等. 2. 设函数()x f y =在区间[]1,0上存在二阶导数,且 ()()()()x f x x F f f 2 ,010===.试证明在()1,0内至少存在一点ξ,使()0='ξF .还至少存在一点η,使()0F η''= 分析 单纯从所要证明的结果来看,首先应想到用罗尔定理.由题设知, ()()010==F F ,且()x F 在[]1,0上满足罗尔定理的前两个条件,故在()1,0内至少存在一 点ξ,使()0='ξF .至于后一问,首先得求出()x F ',然后再考虑问题. ()()()x f x x xf x F '+='22,且()00='F .这样根据题设,我们只要在[]ξ,0上对函数 ()x F '再应用一次罗尔定理,即可得到所要的结论. 证 由于()y f x =在[]1,0上存在二阶导数,且()()10F F =,()x F 在[]1,0上满足罗尔定理的条件,故在()1,0内至少存在一点ξ,使()0='ξF . 由于 ()()()x f x x xf x F '+='2 2, 且()00='F ,()x F '在[]ξ,0上满足罗尔定理的条件,故在 ()ξ,0内至少存在一点η,使

拉格朗日中值定理证明中辅助函数构造及应用

分类号 编号 本科生毕业论文(设计) 题目拉格朗日中值定理证明中的辅助函数的构造及应用 作者姓名常正军 专业数学与应用数学 学号 2 9 1 0 1 0 1 0 2 研究类型数学应用方向 指导教师李明图 提交日期 2 0 1 3 - 3 - 1 5

论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交毕业论文,是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名:年月日

摘要拉格朗日中值定理是微积分学三大基本定理中的主要定理,它在微积分中占据极其重要的地位,有着广泛地应用。关于它的证明,绝大多数教科书采用作辅助函数的方法,然后利用罗尔中值定理的结论证明拉格朗日中值定理来证明。罗尔中值定理是其的特殊形式,而柯西中值定理是其的推广形式,鉴于微分中值定理的广泛地应用,笔者将从以下几个不同的角度探讨拉格朗日中值定理中辅助函数的构造,以及几个方面的应用加以举例。 关键词:拉格朗日中值定理辅助函数的构造证明及应用 Abstract Lagrange mean value theorem is the main theorem of calculus three basic theorem, It occupies an important status and role in the calculus, has wide application. Proof of it, the vast majority of textbooks by using the method of auxiliary function, and then use the conclusion of Rolle's theorem to prove the Lagrange mean value theorem. Rolle mean value theorem is a special form of it, and Cauchy's theorem is extended form of it, given the widely application of the differential mean value theorem. This paper will discuss the construction of auxiliary function of the Lagrange mean value theorem from several following different angles, and several applications for example. Keyword: Lagrange mean value theorem The construction of auxiliary function Proof and Application

中值定理的证明题

第五讲 中值定理的证明技巧 一、 考试要求 1、 理解闭区间上连续函数的性质(最大值、最小值定理,有界性定理,介值定 理),并会应用这些性质。 2、 理解并会用罗尔定理、拉格朗日中值定理(泰勒定理),了解并会用柯西中 值定理。掌握这三个定理的简单应用(经济)。 3、 了解定积分中值定理。 二、 内容提要 1、 介值定理(根的存在性定理) (1)介值定理 在闭区间上连续的函数必取得介于最大值 M 与最小值m 之间的任何值. (2)零点定理 设f(x)在[a 、b]连续,且f(a)f(b)<0,则至少存在一点,c ∈(a 、b),使得f(c)=0 2、 罗尔定理 若函数)(x f 满足: (1))(x f 在[]b a ,上连续 (2))(x f 在),(b a 内可导 (3))()(b f a f = 则一定存在),(b a ∈ξ使得0)('=ξf 3、 拉格朗日中值定理 若函数)(x f 满足: (1))(x f 在[]b a ,上连续 (2))(x f 在),(b a 内可导 则一定存在),(b a ∈ξ,使得))((')()(a b f a f b f -=-ξ 4、 柯西中值定理 若函数)(),(x g x f 满足: (1)在[]b a ,上连续 (2)在),(b a 内可导 (3)0)('≠x g 则至少有一点),(b a ∈ξ使得)(')(') ()()()(ξξg f a g b g a f b f =--

5、 泰勒公式 如果函数)(x f 在含有0x 的某个开区间),(b a 内具有直到1+n 阶导数, 则当x 在 ),(b a 内时, )(x f 可以表示为0x x -的一个n 次多项式与一个余项)(x R n 之和,即 )())((!1 ))((!21))(()()(00)(200000x R x x x f n x x x f x x x f x f x f n n n +-+???+-''+-'+= 其中10)1()()!1()()(++-+=n n n x x n f x R ξ (ξ介于0x 与x 之间). 在需要用到泰勒公式时,必须要搞清楚三点: 1.展开的基点; 2.展开的阶数; 3.余项的形式. 其中余项的形式,一般在求极限时用的是带皮亚诺余项的泰勒公 式,在证明不等式时用的是带拉格朗日余项的泰勒公式. 而基点和阶数,要根据具体的问题来确定. 6、 积分中值定理 若f(x)在[a 、b]上连续,则至少存在一点c ∈[a 、b],使得 b a ?f(x)dx=f(c)(b-a) 三、 典型题型与例题 题型一 、与连续函数相关的问题(证明存在ξ使0)(=ξf 或方程f(x)=0有根) 方法:大多用介值定理 f(x)满足:在[a,b]上连续;f(a)f(b)<0. 思路:1)直接法 2)间接法或辅助函数法 例1、设)(x f 在[a,b]上连续,),,2,1(0,21n i c b x x x a i n =><<<<<,证明存在],[b a ∈ξ ,使得 n n n c c c x f c x f c x f c f ++++++= 212211)()()()(ξ

微分中值定理与导数的应用练习题

题型 1.利用极限、函数、导数、积分综合性的使用微分中值定理写出证明题 2.根据极限,利用洛比达法则,进行计算 3.根据函数,计算导数,求函数的单调性以及极值、最值 4.根据函数,进行二阶求导,求函数的凹凸区间以及拐点 5.根据函数,利用极限的性质,求渐近线的方程 内容 一.中值定理 1.罗尔定理 2.拉格朗日中值定理 二.洛比达法则 一些类型(00、∞ ∞、∞?0、∞-∞、0 ∞、0 0、∞ 1等) 三.函数的单调性与极值 1.单调性 2.极值 四.函数的凹凸性与拐点 1.凹凸性 2.拐点 五.函数的渐近线

水平渐近线、垂直渐近线 典型例题 题型I 方程根的证明 题型II 不等式(或等式)的证明 题型III 利用导数确定函数的单调区间与极值 题型IV 求函数的凹凸区间及拐点 自测题三 一.填空题 二.选择题 三.解答题 4月13日微分中值定理与导数应用练习题 基础题: 一.填空题 1.函数12 -=x y 在[]1,1-上满足罗尔定理条件的=ξ 。 3.1)(2 -+=x x x f 在区间[]1,1-上满足拉格朗日中值定理的中值ξ= 。 4.函数()1ln +=x y 在区间[]1,0上满足拉格朗日中值定理的=ξ 。 5.函数x x f arctan )(=在]1 ,0[上使拉格朗日中值定理结论成立的ξ是 . 6.设)5)(3)(2)(1()(----=x x x x x f ,则0)(='x f 有 个实根,分别位于区间 中. 7. =→ x x x 3cos 5cos lim 2 π35- 8.=++∞→x x x arctan ) 1 1ln(lim

罗尔中值定理的内容及证明方法

罗尔中值定理的内容及证明方法 (一)定理的证明 证明:因为函数)(x f 在闭区间[]b a ,上连续,所以存在最大值与最小值,分别用M 和m 表示,现在分两种情况讨论: 1.若m M =,则函数)(x f 在闭区间[]b a ,上必为常数,结论显然成立。 2.若m M >,则因为)()(b f a f =使得最大值M 与最小值m 至少有一个在()b a ,内某点ξ处取得,从而ξ是)(x f 的极值点,由条件)(x f 在开区间()b a ,内可导得,)(x f 在ξ处可导,故由费马定理推知:0)('=ξf 。 (二)罗尔中值定理类问题的证明 罗尔中值定理在微分学解题中有着广泛的应用,下面我们就对罗尔中值定理的应用作深入的研究,归纳出证题技巧。 1.形如“在()b a ,内至少存在一点ξ,使k f =)('ξ”的命题的证法。 (1)当0=k 时,一般这种情况下,我们只需验证)(x f 满足罗尔定理的条件,根据罗尔定理来证明命题。在证明过程中,我们要注意区间的选取,有时候所需验证的条件并不是显而易见的。 例1 设)(x f 在闭区间[]1,0上连续,开区间()1,0内可导,?=1 32 )(3)0(dx x f f 。 证明:()1,0∈?ξ,使0)('=ξf 分析:由于所需验证的罗尔中值定理的条件并不是显而易见的,而且这个问题涉及到定积分,所以我们考虑运用积分中值定理的知识,尝试在()1,0中找到一个区间()η,0,在()η,0中运用罗尔中值定理去证明。 证:因为??????∈=-==?1,32,)()()321(3)(3)0(1 3 2ηηηf f dx x f f 显然)(x f 在闭区间[]η,0上连续,在开区间()η,0内可导 根据罗尔定理,()1,0∈?ξ,使0)('=ξf (2)当0≠k 时,若所证明的等式中不出现端点值,则将结论化为:0)('=-k f ξ的形式,构造辅助函数)(x F ,我们就可以运用(1)中的方法证明命题。我们在构造辅助函数时,可用观察法、积分法、递推法,常数k 法等等。

中值定理证明题

中值定理证明题 1. 设)(x f 在[0,2a]上连续,)2()0(a f f =,证明在[0,a]上存在ξ使得 )()(ξξf a f =+. 【分析】)(x f 在[0,2a]上连续,条件中没有涉及导数或微分,用介值定理或根的存在性定理证明。辅助函数可如下得到 0)()(0)()()()(=-+→=-+→=+x f x a f f a f f a f ξξξξ 【证明】令)()()(x f x a f x G -+=,],0[a x ∈.)(x G 在[0,a]上连续,且 )()0()()2()(a f f a f a f a G -=-= )0()()0(f a f G -= 当)0()(f a f =时,取0=ξ,即有)()(ξξf a f =+; 当)0()(f a f =时,0)()0(

微分中值定理与导数的应用习题

第四章微分中值定理与导数得应用习题 §4、1 微分中值定理 1. 填空题 (1)函数在上使拉格朗日中值定理结论成立得ξ就是. (2)设,则有3个实根,分别位于区间中. 2.选择题 (1)罗尔定理中得三个条件:在上连续,在内可导,且,就是在内至少存在一点,使成立得(B ). A.必要条件 B.充分条件 C. 充要条件D.既非充分也非必要条件 (2)下列函数在上满足罗尔定理条件得就是( C ). A、B、C、D、 (3)若在内可导,且就是内任意两点,则至少存在一点,使下式成立(B). A. B. 在之间 C. D. 3.证明恒等式:. 证明: 令,则,所以为一常数. 设,又因为, 故. 4.若函数在内具有二阶导数,且,其中,证明:在内至少有一点,使得. 证明:由于在上连续,在可导,且,根据罗尔定理知,存在, 使. 同理存在,使. 又在上 符合罗尔定理得条件,故有,使得. 5. 证明方程有且仅有一个实根. 证明:设, 则,根据零点存在定理至少存在一个,使得.另一方面,假设有,且,使,根据罗尔定理,存在使,即,这与矛盾.故方程只有一个实根. 6. 设函数得导函数在上连续,且,其中就是介于之间得一个实数. 证明: 存在,使成立、 证明: 由于在内可导,从而在闭区间内连续,在开区间内可导.又因为,根据零点存在定理,必存在点,使得. 同理,存在点,使得.因此在上满足罗尔定理得条件,故存在,使成立. 7、设函数在上连续,在内可导、试证:至少存在一点, 使 证明:只需令,利用柯西中值定理即可证明、 8.证明下列不等式 (1)当时,. 证明:设,函数在区间上满足拉格朗日中值定理得条件,且, 故, 即 () 因此, 当时,. (2)当时,. 证明:设,则函数在区间上满足拉格朗日中值定理得条件,有 因为,所以,又因为,所以,从而 . §4、2 洛毕达法则 1. 填空题 (1) (2)0 (3)= (4)1 2.选择题

微分中值定理相关竞赛题

微分中值定理 这部分有关考题主要是证明题,技巧性比较高。 内容要点 一、罗尔定理 二、拉格朗日中值定理 三、柯西中值定理 四、泰勒定理 典型例题 一、用罗尔定理的有关方法 例1 设)(x f 在[0,3]上连续,在(0,3)内可导,且3)2()1()0(=++f f f ,1)3(=f . 试证:必存在)3,0(∈ξ,使()0f ξ'= 证:∵ )(x f 在[0,3]上连续,∴ )(x f 在[0,2]上连续,且有最大值M 和最小值m .于是M f m ≤≤)0(;M f m ≤≤)1(;M f m ≤≤)2(,故 M f f f m ≤++≤ )]2()1()0([3 1. 由连续函数介值定理可知,至少存在一点[0,2]c ∈使得1)]2()1()0([3 1)(=++= f f f c f ,因此)3()(f c f =,且)(x f 在[c ,3]上连续,(c ,3) 内可导,由罗尔定理得出必存在)3,0()3,(?∈c ξ使得()0f ξ'=。 例2 设)(x f 在[0,1]上连续,(0,1)内可导,且?=1 3 2)0()(3f dx x f 求证:存在)1,0(∈ξ使0)(' =ξf 证:由积分中值定理可知,存在2 [,1]3 c ∈,使得 ? - =13 2)3 21)(()(c f dx x f 得到 ?==1 3 2)0()(3)(f dx x f c f 对)(x f 在[0,c]上用罗尔定理,(三个条件都满足)

故存在)1,0(),0(?∈c ξ,使()0f ξ'= 例3 设)(x f 在[0,1]上连续,(0,1)内可导,对任意1>k ,有?-=k x dx x f xe k f 1 1)()1(, 求证存在)1,0(∈ξ使1()(1)()f f ξξξ-'=- 证:由积分中值定理可知存在1[0, ]c k ∈使得)01)( ()(11 1-=--? k c f ce dx x f xe c k x 令)()(1x f xe x F x -=,可知)1()1(f F = 这样1 110 (1)(1)()()()x c k F f k xe f x dx ce f c F c --====? ,对)(x F 在]1,[c 上用罗尔定理 (三个条件都满足)存在)1,0()1,(?∈c ξ,使()0F ξ'= 而111()()()()x x x F x e f x xe f x xe f x ---''=-+ ∴ 11 ()[()(1)()]0F e f f ξξξξξξ -''=-- = 又01≠-ξξe ,则1 ()(1)()f f ξξξ '=- 罗尔定理的有关证明命题中,如何根据条件和结论构造一个合适的)(x F 是非常关键,下面的模型Ⅰ,就在这方面提供一些选择。 模型Ⅰ:设)(x f 在],[b a 上连续,(b a ,)内可导,0)()(==b f a f 则下列各结论皆成立。 (1)存在),(1b a ∈ξ使11()()0f lf ξξ'+=(l (2)存在),(2b a ∈ξ使1 222()()0k f k f ξξξ-'+=(k (3)存在),(3b a ∈ξ使333()()()0f g f ξξξ'+=()(x g 例4 设)(x f 在]1,0[上连续,在(0,1)内可导,0)1()0(==f f ,1)21 (=f ,试证: (1)存在)1,2 1 (∈η,使ηη=)(f 。 (2)对任意实数λ,存在),0(ηξ∈,使得()[()]1f f ξλξξ'--=

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