现在我们正式来开始学习微分三大中值定理中的第一个:罗尔定理!罗尔定理是由费马引理变化而来,上次我们大概用图形来表示了一下什么事费马引理。大家可以参照:微分中值定理在说什么?——费马引理介绍。现在我们还是先来看看罗尔定理是怎么定义的,然后再来看看罗尔定理和费马引理之间的相同和不同点。
罗尔定理是这样定义的:
如果函数 f(x) 满足以下条件:
(1)在闭区间 [a,b] 上连续,
(2)在开区间 (a,b) 内可导,
(3)f(a)=f(b)。
结果我们就会得到:则至少存在一个 ξ∈(a,b),使得 f'(ξ)=0。
这儿的 ξ这个符号,其实没有实在意义,换成x0,m等符号都可以。 现在我们将这三个条件和费马引理比较可以发现不同点有两个:
(1)费马引理说的是领域范围,罗尔定理说的的是区间范围。
(2)罗尔定理多了一个f(a)=f(b)的条件。
为什么会有这两个不同条件,这两个不同点是用来排除什么情况的呢?我一一为大家说明。
①单调可导
②非单调可导
③不可导
条件(1)的情况我们分析完了,现在我们来看看条件(2)的情况。
条件(2)在开区间 (a,b) 内可导,这个条件的作用就是排除③不可导这种情况。就只剩下①单调可导②非单调可导这两种情况。即只剩下:
①单调可导
②非单调可导
现在条件(1)、条件(2)都分析完了,现在我们继续看条件(3)的引入会发生什么变化。
条件(3)f(a)=f(b)这一条件,就是排除①单调可导这种情况,将②非单调可导这种情况进行了修正。即是出现如下图的形式:
这个时候我们观察就可以得到这完全就是费马引理嘛,只不过不在是领域,而是变成了一个区间。变成区间就可以存在很多的极值,于是就有至少存在一个 ξ∈(a,b),使得 f'(ξ)=0这样的结论。
如果要给出具体的数学证明,其思路是:条件(1)和条件(3)可得到,在(a,b)区间至少存在f(x)的一个极值。加上条件(2),就变成了费马引理问题,得到结论!
后面再继续讲解拉格朗日中值定理!
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