微分中值定理是一系列中值定理總稱(chēng),是研究函數的有力工具,其中最重要的內容是拉格朗日定理,可以說(shuō)其他中值定理都是拉格朗日中值定理的特殊情況或推廣。微分中值定理反映了導數的局部性與函數的整體性之間的關(guān)系,應用十分廣泛。

中文名

微分中值定理

外文名

mean value theorem

類(lèi)型

數學(xué)名詞

提出者

拉格朗日

應用學(xué)科

數學(xué)

適用領(lǐng)域

微積分

羅爾定理

內容:

如果函數f(x)滿(mǎn)足:

在閉區間[a,b]上連續;

在開(kāi)區間(a,b)內可導;

在區間端點(diǎn)處的函數值相等,即f(a)=f(b),

那么在(a,b)內至少有一點(diǎn)ξ(a<ξ

幾何上,羅爾定理的條件表示,曲線(xiàn)?。ǚ匠虨椋┦且粭l連續的曲線(xiàn)弧,除端點(diǎn)外處處有不垂直于x軸的切線(xiàn),且兩端點(diǎn)的縱坐標相等。而定理結論表明:

弧上至少有一點(diǎn),曲線(xiàn)在該點(diǎn)切線(xiàn)是水平的。

拉格朗日定理

內容:

如果函數 f(x) 滿(mǎn)足:

1)在閉區間[a,b]上連續;

2)在開(kāi)區間(a,b)內可導。

那么:在(a,b)內至少有一點(diǎn)ξ(a<ξ

使等式 f(b)-f(a)=f′(ξ)(b-a) 成立。

拉格朗日中值定理的幾何意義是:曲線(xiàn)上必然存在至少一點(diǎn),過(guò)該點(diǎn)的切線(xiàn)的斜率和連接曲線(xiàn)(a,b)的割線(xiàn)的斜率相同;或者說(shuō),曲線(xiàn)上必然存在至少一點(diǎn)可以做割線(xiàn)(a,b)的平行線(xiàn)

柯西定理

內容:

如果函數f(x)及F(x)滿(mǎn)足

(1)在閉區間[a,b]上連續;

(2)在開(kāi)區間(a,b)內可導;

(3)對任一x∈(a,b),F'(x)≠0

那么在(a,b) 內至少有一點(diǎn)ξ,使等式

[f(b)-f(a)]/[F(b)-F(a)]=f'(ξ)/F'(ξ)

成立

[中值定理]分為:微分中值定理和積分中值定理:

以上三個(gè)為微分中值定理定積分第一中值定理為:

f(x)在a到b上的定積分等于f(ξ)(b-a)(存在ξ∈[a,b]使得該式成立)

注:積分中值定理可以根據介值定理推出所以同樣ξ∈[a,b]都為閉區間。

泰勒公式

內容:若函數f(x)在開(kāi)區間(a,b)有直到n+1階的導數,則當函數在此區間內時(shí),可以展開(kāi)為一個(gè)關(guān)于(x-x.)多項式和一個(gè)余項的和:

f(x)=f(x.)+f'(x.)(x-x.)+f''(x.)/2!·(x-x.)^2,+f'''(x.)/3!·(x-x.)^3+……+f(n)(x.)/n!·(x-x.)^n+Rn

其中Rn=f(n+1)(ξ)/(n+1)!·(x-x.)^(n+1),這里ξ在x和x.之間,該余項稱(chēng)為拉格朗日型的余項。

(注:f(n)(x.)是f(x.)的n階導數,不是f(n)與x.的相乘。)

推論:麥克勞林公式

內容:

若函數f(x)在開(kāi)區間(a,b)有直到n+1階的導數,則當函數在此區間內時(shí),可以展開(kāi)為一個(gè)關(guān)于x多項式和一個(gè)余項的和:

f(x)=f(0)+f'(0)x+f''(0)/2!·x^2,+f'''(0)/3!·x^3+……+f(n)(0)/n!·x^n+Rn

其中Rn=f(n+1)(θx)/(n+1)!·x^(n+1),這里0<θ<1.

達布定理

內容:

若函數f(x)在[a,b]上可導,則f′(x)在[a,b]上可取f′(a)和f′(b)之間任何值.

推廣:若f(x),g(x)均在[a,b]上可導,并且在[a,b]上,g′(x)≠0,則f′(x)/g′(x)可以取f′(a)/g′(a)與f′(b)/g′(b)之間任何值。

洛必達法則

內容:

設(1)當x→a時(shí),函數f(x)及F(x)都趨于零;

(2)在點(diǎn)a的去心鄰域內,f'(x)及F'(x)都存在且F'(x)≠0;

(3)當x→a時(shí)lim f'(x)/F'(x)存在(或為無(wú)窮大),那么

x→a時(shí) lim f(x)/F(x)=lim f'(x)/F'(x)。

又設

(1)當x→∞時(shí),函數f(x)及F(x)都趨于零;

(2)當|x|>N時(shí)f'(x)及F'(x)都存在,且F'(x)≠0;

(3)當x→∞時(shí)lim f'(x)/F'(x)存在(或為無(wú)窮大),那么

x→∞時(shí) lim f(x)/F(x)=lim f'(x)/F'(x)。