积分第二中值定理

积分第二中值定理

数学定理
积分第二中值定理是与积分第一中值定理相互独立的一个定理,属于积分中值定理。它可以用来证明Dirichlet-Abel反常、Riemann积分判别法。积分第二中值定理包含三个常用的推论。
  • 中文名:积分第二中值定理
  • 外文名:Second mean value theorem for definite integrals 
  • 有无证明:有
  • 应用学科:数学
  • 适用领域:微积分
  • 提出者:拉格朗日 

发展简史

人们对拉格朗日中值定理的认识可以上溯到公元前古希腊时代。古希腊数学家在几何研究中得到如下结论:“过抛物线弓形的顶点的切线必平行于抛物线弓形的底”。这正是拉格朗日定理的特殊情况,古希腊数学家阿基米德正是巧妙地利用这一结论,求出抛物弓形的面积.。

意大利卡瓦列里在《不可分量几何学》(1635年)的卷一中给出处理平面和立体图形切线的有趣引理,其中引理3基于几何的观点也叙述了同样一个事实:曲线段上必有一点的切线平行于曲线的弦。这是几何形式的微分中值定理,被人们称为卡瓦列里定理。该定理是拉格朗日中值定理在几何学中的表达形式。

1797年,法国数学家拉格朗日在《解析函数论》一书中首先给出了拉格朗日定理,他给出的定理的最初形式是:“函数

之间连续,之间有最小值与最大值,则必取之间的一个值。”拉格朗日给出最初的证明,但证明并不严格,他给的条件比现在的条件要强,他要求函数f(x)在闭区间上具有连续导数,并且他所用的连续也是直观的,而不是抽象的。

十九世纪初,在微积分严格化运动中,柯西给出了拉格朗日中值定理的严格证明,在《无穷小计算教程概论》中,柯西证明了”如果导数在闭区间[a,b]上连续,则必存在一点,使得。 ”柯西又在《微分计算教程》中将拉格朗日中值定理推广为柯西中值定理。

现代形式的拉格朗日中值定理是由法国数学家博(O.Bonnet)给出的,他不是利用导数的连续性,而是利用罗尔定理对拉格朗日中值定理进行了重新证明。

定理定义

上可积,若函数上单调递减,且,则至少存在一点,使得

验证推导

这个定理的推导比较复杂,脌扯到积分上限函数:。以下用 表示从 的定积分。

首先需要证明,若函数 内可积分,则 在此区间内为一连续函数。

证明: 设, 则

上不变号,则由积分第一中值定理知,在 上至少存在一点 , 使得

于是,有

, 得证。

定理推广

1、定理的直接应用

例1设上可积,上单调递增且非负,在处连续,那么在上存在使

证明:令,因为非负且单调递减( )利用公式有

 ,而,即

2、积分第二中值定理在证明不等式中的应用

例2证明时,

证明:取,由积分中值定理和它的推论可得:

3、积分中值定理在极限中的应用

例3证明极限

证明:由积分中值定理和它的推论可得:令

令可知g(x)在[0,1]上连续,而且不变号。所以存在ξ使得,因此有以下式子

定理意义

积分第二中值定理证明了在一个二元函数表示的曲顶柱体中,必然存在一个介于最高点和最低点的点,过该点可以做一个与底面平行的平面,截曲顶柱体侧面形成的柱体体积和原来的曲顶柱体体积相等。

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