微分中值定理

微分中值定理

數學術語
微分中值定理是一系列中值定理總稱,是研究函數的有力工具,其中最重要的内容是拉格朗日定理,可以說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系,應用十分廣泛。[1]
  • 中文名:微分中值定理
  • 外文名:mean value theorem
  • 提出者:拉格朗日、泰勒等
  • 應用學科:數學、物理學

羅爾定理

内容:

如果函數f(x)滿足:

在閉區間[a,b]上連續;

在開區間(a,b)内可導;

在區間端點處的函數值相等,即f(a)=f(b),

那麼在(a,b)内至少有一點ξ(a<ξ

幾何上,羅爾定理的條件表示,曲線弧(方程為)是一條連續的曲線弧,除端點外處處有不垂直于x軸的切線,且兩端點的縱坐标相等。而定理結論表明:弧上至少有一點,曲線在該點切線是水平的。關于羅爾定理的應用,是在考試中經常考查的一個考點。

拉格朗日定理

内容:

如果函數 f(x) 滿足:

1)在閉區間[a,b]上連續;

2)在開區間(a,b)内可導。

那麼:在(a,b)内至少有一點ξ(a<ξ

使等式 f(b)-f(a)=f′(ξ)(b-a) 成立。

(或存在0

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

柯西定理

内容:

如果函數f(x)及F(x)滿足;

在閉區間[a,b]上連續;

在開區間(a,b)内可導;

對任一x∈(a,b),F'(x)≠0;

那麼在(a,b)内至少有一點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:

以上四個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)

泰勒公式

内容:

若函數f(x)在開區間(a,b)有直到n+1階的導數,則當函數在此區間内時,可以展開為一個關于(x-x.)多項式和一個餘項的和: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),這裡ξ在x和x.之間,該餘項稱為拉格朗日型的餘項。

(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

内容:

若函數f(x)在開區間(a,b)有直到n+1階的導數,則當函數在此區間内時,可以展開為一個關于x多項式和一個餘項的和:

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),這裡0<θ<1。

達布定理

内容:

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

内容:

設當x→a時,函數f(x)及F(x)都趨于零;

在點a的去心鄰域内,f'(x)及F'(x)都存在且F'(x)≠0;

當x→a時limf'(x)/F'(x)存在(或為無窮大),

那麼x→a時limf(x)/F(x)=limf'(x)/F'(x)。

又設

當x→∞時,函數f(x)及F(x)都趨于零;

當|x|>N時f'(x)及F'(x)都存在,且F'(x)≠0;

當x→∞時limf'(x)/F'(x)存在(或為無窮大),那麼x→∞時limf(x)/F(x)=limf'(x)/F'(x)。

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