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关于Lagrange中值定理的逆命题.doc
关于Lagrange中值定理的逆命题 姓名:__韩笑__ 学号: 专业:_经数1201_ 2012-12-26 关于Lagrange中值定理的逆命题 1:摘要 导数作为研究函数的工具,需要在函数和其导数函数之间建立某些关系式,这些关系式通常含有某个中值,称之为微分中值定理。微分中值定理的一个重要形式是Lagrange中值定理,Lagrange中值定理在数学分析中有着极其重要的作用,为更全面的认知这个定理,我们从对其逆命题的研究而去更加深刻的学习和了解Lagrange中值定理。 2:关键词 Lagrange中值定理; 逆命题; 极值; 3:正文 一:引言 Lagrange微分中值定理: 若函数f满足如下条件: (i) f在闭区间[a,b]上连续; (ii)f在开区间(a,b)上可导, 则至少存在一点ξ∈(a,b)使得 f′(ξ)=[f(b)-f(a)]∕(b-a) 二:关于Lagrange中值定理的逆命题的问题探讨 设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)上可导,点ξ∈(a,b). 问题:是否存在a1,b1∈(a,b),使得 f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1) (a1<ξ<b1).成立? 思考:该问题的答案是否定的. 比如:对于函数f(x)=x3(-1≤x≤1), 不可能存在a1∈(-1,0),b1∈(0,1),使得 f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1), (其中ξ=0.)即该问题中结论一般不成立.要使该问题 的结论成立,则必须对函数f(x)加适当的条件. 三:Lagrange中值定理的逆命题 设f(x)在(a,b)内二次可导,若f″(ξ)≠0(a<ξ<b),则存在a1,b1∈(a,b), 使得f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1) (a1<ξ<b1). 四:Lagrange中值定理的逆命题的证明: 证明:(i)若f′(ξ)=0,则要证存在a1,b1∈(a,b)使f(b1)=f(a1). 由f″(ξ)≠0可知f(x)在ξ处必取得极值,不妨设为极小值。那么存在δ>0,使得 f(x)>f(ξ)(x∈[ξ-δ,ξ)∪(ξ,ξ+δ]). 记r=min{f(ξ-δ),f(ξ+δ)} 由连续函数介值定理,对任何μ∈(f(ξ),r), 必存在a1∈(ξ-δ,ξ),b1∈(ξ,ξ+δ),使得f(a1)=f(b1)=μ,故结论成立. (ii)若f′(ξ)=k≠0,则要证存在a1,b1∈(a,b)使f(b1)-kb1=f(a1)-ka1. 故作函数F(x)=f(x)-kx,因有F″(ξ)≠0, F′(ξ)=0,故据前所证,存在a1,b1∈(a,b)使得F(b1)=F(a1)(a1<ξ<b1),也即 f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1). 五:Lagrange中值定理的逆命题的应用 1:证明:设f(x)在(a,b)内4次可导,且f(4)(ξ)≠0,f(3)(ξ)=0(a<ξ<b), 则证明存在a1,b1∈(a,b),使得 f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1). 证明:(i) 若f′(ξ)=0,则由所给条件知,f(x)在ξ处取得极值,根据Lagrange中值定理的逆命题的证明, 存在a1,b1∈(a,b)使得 f(b1)=f(a1)(a1<ξ<b1), 即待证结论成立. (ii) 若f′(ξ)≠0,则作函数 F(x)=f(x)-f′(ξ)x(a<x<b), 因有F′(ξ)=F″(ξ)=F(3)(ξ)=0, F(4)(ξ)≠0,故据前所证知, 存在a1,b1∈(a,b)使得 F(b1)=F(a1)(a1<ξ<b1), 也可得待证结论成立. 2:证明:设函数f(x)在区间(a,b)内可导, 证明如果f′(ξ)(a<ξ<b)不是(a,b)上f′(x)的最值,则存在a1,b1∈(a,b),使得 f(b1)-f(a1)=f′(ξ)(b1-a1). 证明:(i)若f′(ξ)=0.假设对任何a1,b1∈(a,b),均有f(b1)≠f(a1).那么f(x)在(a,b)内必为单射,又f(x)在(a,b)内连续, 则f(x)在(a,b)内为单调函数, 从而有f′(x)≥0=f′(ξ)(a<x<b), 或者f′(x)≤0=f′(ξ)(a<x<b), 这与f′(ξ)非f′(ξ)在(a,b)内的最值相矛盾,故由反证法知待证结论成立. (ii)若f′(ξ)≠0的情形.构造函数 F(x)=f(x)-f′(ξ)x(a<x<b), 由于F′(ξ)=0,故据前所证, 存在a1,b1∈(a,b)使F(b1)=F(a1), 由此也可得待证结果成立. 六:参考文献 [1]华东师范大学数学系.数学分析:上册[M].3版.北 京:高等教育出版社,2002:120. [2]
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