微分中值定理|如何理解三大微分中值定理?
微分中值定理(如何理解三大微分中值定理?)
罗尔定理,太难了?
拉格朗日定理,太难了?
柯西中值定理,太难了?
微分中值定理难吗?
如果你觉得难,那你一定得看看以下文字了,简明扼要,通俗易懂 。
前言
微分中值定理是很重要的基础定理,很多定理都是以它为基础进行证明的 。
1 罗尔中值定理
1.1 直觉
往返跑:
可以认为他从

点出发,经过一段时间又回到了

点,画成

(位移-时间)图就是:

根据常识,因为要回到起点,中间必定有速度为0的点:

拳击比赛中,步伐复杂:

但不论怎样,只要最后回到起点,中间必定有速度为0的点:

这就是罗尔中值定理 。
1.2 罗尔中值定理
设函数满足以下三个条件:
在闭区间 [a,b] 上连续
在开区间 (a,b) 上可导
则存在

,使得

。

在闭区间 [a,b] 连续是必须的,否则有可能没有

在开区间 (a,b) 可导也是必须的:

1.3 拓展
定理中的条件“

在闭区间 [a,b] 连续、在 开区间(a,b) 可导”是否可以更改为“

在闭区间 [a,b] 连续、在 闭区间[a,b] 可导”?
不行,这两者并非同一个条件,举一个反例:

此函数在图像如下:

此函数就是在 [1,0] 连续,(1,0) 可导,在端点 x=0,1 处导数不存在(类似于

在0点处不可导,可自行证明) 。
2 拉格朗日中值定理
来看下交通管理中的区间测百思特网速:

时间

采集到汽车的位移为

,时间

采集到汽车的位移为

:

可以据此算出平均速度
比如算出来平均速度为 70km/h ,平均速度是由瞬时速度叠加的结果,那么路程中的瞬时速度可能为:
匀速前进:那么整个路程的瞬时速度必然全为 70km/h
变速前进:整个路程的瞬时速度必然有大于、等于、小于 70km/h 的情况
【微分中值定理|如何理解三大微分中值定理?】
下面是变速前进的速度变换动画(蓝色为大于,闪烁为平行即等于,绿色为小于):

如果限速 60km/h ,那么根据汽车的平均速度为 70km/h ,就可以判定路程中必然至少有一个点超速 。

约瑟夫拉格朗日伯爵,法国籍意大利裔数学家和天文学家,以他命名的拉格朗日中值定理就可以在数学层面解释刚才的现象 。
2.1 拉格朗日中值定理
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