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達布中值定理

鎖定
設y=f(x)在(A,B)區間中可導,且[a,b]包含於(A,B),f'(a)
中文名
達布中值定理
數學表達形式
設y=f(x)在(A,B)區間
其它表達形式
若函數f(x)在[a,b]上可導
達布中值定理
保持定號

達布中值定理表達形式

達布中值定理數學表達形式

設y=f(x)在(A,B)區間中可導,且[a,b]包含於(A,B),f'(a)<f'(b),則對於任意給定的η:f'(a)<η<f'(b),都存在一點c∈(a,b)使得f'(c)=η。 [1] 

達布中值定理等價形式

設f(x)在 [a,b]上可微,若在 [a,b]上f′(x)不等於0 ,則f′(x)在[a,b] 上保持定號(恆正或恆負)。

達布中值定理其它表達形式

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。

達布中值定理證明

達布中值定理方法1

已知f'(a)<η<f'(b),構造函數:g(x)=f(x)-ηx。
若g(a)=g(b),則由羅爾中值定理:存在ε∈(a,b)使g'(ε)=0。
不妨設g(a)>g(b),又g'(b)>0,由極限保號性,存在ξ∈(a,b)使g(ξ)<g(b)<g(a)。
介值定理存在ζ∈(a,ξ)使g(ζ)=g(b)。
又由羅爾中值定理,存在δ∈(ζ,b)使g'(δ)=0。
所以無論如何總存在x∈(a,b)使g'(x)=0即f'(x)=η。

達布中值定理方法2

構造函數g(x)=f(x)-ηx。
由於f(x)在(a,b)區間內可導,所以f(x)在(a,b)區間內連續,故g(x)在(a,b)區間內連續。
補充定義使得g(x)在x=a,x=b處連續。
因為g'(a)=f'(a)-η<0,所以一定存在x>a,使得g(x)<g(a),
即x=a不是函數g(x)在[a,b]上的最小值,同理x=b也不是函數g(x)在[a,b]上的最小值,
故g(x)在(a,b)區間內取得最小值,
所以必然存在ξ∈(a,b),使g'(ξ)=f'(ξ)-η=0(費馬定理),
所以對於任意給定的η:f'(a)<η<f'(b),都存在一點c∈(a,b)使得f'(c)=η.

達布中值定理應用

由於連續函數介值定理有廣泛的應用,因此導函數介值定理(Darboux定理)與導函數商的介值定理(在不要求導函數連續的情況下)也有廣泛的應用。
我們知道平面曲線的最一般表示形式是參數形式。設曲線參數方程為
,x(t),y(t)在[a,b]上可導,且x′(t)在[a,b]上不為零,則在x′(t)與y(t)未必連續情況下,曲線切線的斜率可取兩端點切線斜率間任何值。事實上,曲線在任一點的切線斜率為
,由導函數商的介值定理
可取
之間任何值。
如果不用導函數商的介值定理,此結果很難證明。因為參數方程確定的曲線未必總能化為顯函數。即使能化為顯函數,就具體曲線而言,化成的顯函數的形式可能比較複雜,不利於研究它的性質。
此外,運用達布定理很容易看出:若函數f(x)在[a,b]上可導,則f′(x)在[a,b]上不可能存在第一類間斷點
微分Darboux定理的推廣:若f(x),g(x)均在[a,b]上可導,並且在[a,b]上g′(x)≠0,則
可以取
之間任何值。
參考資料
  • 1.    王元,文蘭,陳木法.數學大辭典:科學出版社,2010