微分中值定理主要包括羅爾定理、拉格朗日定理、柯西定理、泰勒定理,其中羅爾定理是拉格朗日定理等的預備定理,由三個已知條件推得結果,三個已知條件缺一不可,即若要使用羅爾定理則需要滿足條件:f(x)在[a,b]內連續,在(a,b)內可導,且f(a)=f(b)。
基本介紹
- 中文名:rolle定理
- 外文名:Rolle Theorem
- 提出者:米歇爾.羅爾
- 提出時間:1691年
- 相關定理:拉格朗日定理
- 套用學科:高等數學
定理內容,幾何意義,證明過程,簡單套用,典例1,典例2,
定理內容
如果函式f(x)滿足如下條件:
(1)f(x)在閉區間[a ,b]上連續;
(2)f(x)在開區間(a,b) 內可導;
(3)f(x)在區間端點的函式值相等,即f(a)=f(b) ,
那么在(a,b) 內至少有一點ξ (a<ξ<b),使得函式f(x) 在該點的導數等於零,即f'(ξ)=0。
幾何意義
在每一點都可導的一段連續曲線上,如果曲線的兩端高度相等,則至少存在一條水平切線。(圖形如下所示)
證明過程
(1)若 M=m,則函式 f(x) 在閉區間 [a,b] 上必為常函式,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,由費馬引理推知:f'(ξ)=0。
注意:rolle定理中的三個條件缺少任何一個,結論將不一定成立。
簡單套用
典例1
設f(x)為R上可導函式,證明:若函式f'(x)=0沒有實根,則方程f(x)=0至多只有一個實根。
證明:(反證法)倘若f(x)=0有兩個實根,則函式f在上滿足羅爾定理三個條件,從而存在,使得f'(ξ)=0,這與f'(x)≠0矛盾,故假設不成立,原命題成立。
典例2
用羅爾中值定理證明:方程在(0,1)內有實根。
證明:設
則 F(x) 在 [0,1] 上連續,在 (0,1) 內可導,且F(0)=F(1)。
故由羅爾中值定理,至少存在一點ξ使得F'(ξ)=0;
故有,即ξ是方程在(0,1)內的實根。命題得證。