微分中值定理是一系列中值定理总称,是研究函数的有力工具,其中最重要的内容是拉格朗日定理,可以说其他中值定理都是拉格朗日中值定理的特殊情况或推广。微分中值定理反映了导数的局部性与函数的整体性之间的关系,应用十分广泛。
基本信息
中文名称:微分中值定理
外文名称:mean value theorem
提出者:拉格朗日、泰勒等
应用学科:数学、物理学
适用领域范围:微积分
罗尔定理
内容:
如果函数f(x)满足:
在闭区间[a,b]上连续;
在开区间(a,b)内可导;
在区间端点处的函数值相等,即f(a)=f(b),
那么在(a,b)内至少有一点ξ(a<ξ<b),使得 f'(ξ)=0.
几何上,罗尔定理的条件表示,曲线弧 (方程为 )是一条连续的曲线弧 ,除端点外处处有不垂直于x轴的切线,且两端点的纵坐标相等。而定理结论表明:
弧上至少有一点 ,曲线在该点切线是水平的。
拉格朗日定理
内容:
如果函数 f(x) 满足:
1)在闭区间[a,b]上连续;
2)在开区间(a,b)内可导。
那么:在(a,b)内至少有一点ξ(a<ξ<b),
使等式 f(b)-f(a)=f′(ξ)(b-a) 成立。
拉格朗日中值定理的几何意义是:曲线上必然存在至少一点,过该点的切线的斜率和连接曲线(a,b)的割线的斜率相同;或者说,曲线上必然存在至少一点可以做割线(a,b)的平行线
柯西定理
内容:
如果函数f(x)及F(x)满足
(1)在闭区间[a,b]上连续;
(2)在开区间(a,b)内可导;
(3)对任一x∈(a,b),F'(x)≠0
那么在(a,b) 内至少有一点ξ,使等式
[f(b)-f(a)]/[F(b)-F(a)]=f'(ξ)/F'(ξ)
成立
[中值定理]分为: 微分中值定理和积分中值定理:
以上三个为微分中值定理定积分第一中值定理为:
f(x)在a到b上的定积分等于f(ξ)(b-a)(存在ξ∈[a,b]使得该式成立)
注:积分中值定理可以根据介值定理推出所以同样ξ∈[a,b]都为闭区间。
泰勒公式
内容 :若函数f(x)在开区间(a,b)有直到n+1阶的导数,则当函数在此区间内时,可以展开为一个关于(x-x.)多项式和一个余项的和:
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),这里ξ在x和x.之间,该余项称为拉格朗日型的余项。
(注:f(n)(x.)是f(x.)的n阶导数,不是f(n)与x.的相乘。)
推论:麦克劳林公式
内容:
若函数f(x)在开区间(a,b)有直到n+1阶的导数,则当函数在此区间内时,可以展开为一个关于x多项式和一个余项的和:
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),这里0<θ<1.
达布定理
内容:
若函数f(x)在[a,b]上可导,则f′(x)在[a,b]上可取f′(a)和f′(b)之间任何值.
推广:若f(x),g(x)均在[a,b]上可导,并且在[a,b]上,g′(x)≠0,则f′(x)/g′(x)可以取f′(a)/g′(a)与f′(b)/g′(b)之间任何值。
洛必达法则
内容:
设(1)当x→a时,函数f(x)及F(x)都趋于零;
(2)在点a的去心邻域内,f'(x)及F'(x)都存在且F'(x)≠0;
(3)当x→a时lim f'(x)/F'(x)存在(或为无穷大),那么
x→a时 lim f(x)/F(x)=lim f'(x)/F'(x)。
又设
(1)当x→∞时,函数f(x)及F(x)都趋于零;
(2)当|x|>N时f'(x)及F'(x)都存在,且F'(x)≠0;
(3)当x→∞时lim f'(x)/F'(x)存在(或为无穷大),那么
x→∞时 lim f(x)/F(x)=lim f'(x)/F'(x)。