通俗易懂玩高数(1)—— Rolle定理的证明

定理内容

如果函数f(x)满足如下条件:

(1)f(x)在闭区间[a ,b]上连续

(2)f(x)在开区间(a,b) 内可导

(3)f(x)在区间端点的函数值相等,即f(a)=f(b) ,

那么在(a,b) 内至少有一点ξ (a<ξ<b),使得函数f(x) 在该点的导数等于零,即f'(ξ)=0。

几何意义

在每一点都可导的一段连续曲线上,如果曲线的两端高度相等,则至少存在一条水平切线。(图形如下所示)  

几何意义图

证明过程

rolle定理证明比较直观,就是最值辅助证明,故不多做解释。

因为函数 f(x) 在闭区间[a,b] 上连续,所以存在最大值最小值,分别用 M 和 m 表示,分两种情况讨论:

(1)若 M=m,则函数 f(x) 在闭区间 [a,b] 上必为常函数,结论显然成立。

(2)若 M>m,则因为 f(a)=f(b) ,使得最大值 M 与最小值 m 至少有一个在 (a,b) 内某点ξ处取得,从而ξ是f(x)的极值点,又条件 f(x) 在开区间 (a,b) 内可导得,f(x) 在 ξ 处取得极值,由费马引理推知:f'(ξ)=0。(费马引理:可导函数的每一个极值都是驻点(函数的导数在该点为零))

注意:rolle定理中的三个条件缺少任何一个,结论将不一定成立。 

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