【数学】Task05 中值定理


中值定理

关于函数

\(f(x)\)​在\([a,b]\)​上连续,则

  • 有界与最值定理:一个函数在一个有界区间内,一定最大值和最小值。

  • 介值定理:闭区间上的连续函数,函数值能够取到最大值与最小值之间的任何数。

  • 平均值定理:在区间内,一定有一点的函数值等于函数在区间内所有值的均值。

  • 零点定理:如果两个点的函数值异号,则在两点之间一定存在一点使得函数值为0。

关于微分或导数

  • 费马定理:如果一个函数在一点处可导取得极值,则函数在该点的导数等于0。

  • 罗尔定理:设\(f(x)\)满足三个条件,①在\([a,b]\)上连续,②在\((a,b)\)内可导,③\(f(a)=f(b)\)​。则区间内存在一个点的导数为0。

    image-20210901155807338

  • 拉格朗日中值定理:设 \(f(x)\)​ 满足 \(\left\{\begin{array}{l}\text { (1)在 }[a, b] \text { 上连续, } \\ \text { (2)在 }(a, b) \text { 内可导, }\end{array}\right.\)​则区间内存在一点\(\xi\)​​,使得

    \[f(b)-f(a)=f^{\prime}(\xi)(b-a), \]

    或者写成

    \[f^{\prime}(\xi)=\frac{f(b)-f(a)}{b-a} . \]

  • 柯西中值定理:设 \(f(x), g(x)\)​ 满足 \(\left\{\begin{array}{l}\text { (1)在 }[a, b] \text { 上连续, } \\ \text { (2)在 }(a, b) \text { 内可导, 则存在 } \xi \in(a, b) \text {, 使得 } \\ \text { (3) } g^{\prime}(x) \neq 0,\end{array}\right.\)\(\frac{f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}=\frac{f^{\prime}(\xi)}{g^{\prime}(\xi)} .\)

    证明(Bilibili up:萌弟AI):

    image-20210901161217718

  • 泰勒公式

    • 带拉格朗日余项的\(n\)阶泰勒公式
    • 带佩亚诺余项的\(n\)阶泰勒公式

关于积分

  • 积分中值定理:设函数在闭区间\([a,b]\)​上连续,则在区间内存在一点,使得函数在区间上的积分 等于 该点的函数值乘以区间长度。

    \[\int_{a}^{b} f(x) \mathrm{d} x=f(\xi)(b-a).$ \]


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