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笔记|Fermat、Rolle与Lagrange定理的条件

发布于 2024-03-25 笔记 数学 定理 

先把这三个微分学定理所要求的条件摆在一起,免得只记得结论,忘记了何时能用。

Fermat 定理说,若 是函数定义域内的局部极值点,且函数在 可导,那么 。可导与「在内部」这两点都不能省。以局部极大值为例,左侧的差商非负,右侧的差商非正;若两侧极限存在且相等,就只能同为零。局部极小值的符号相反,道理一样。原笔记把这里的左右导数说成一正一负,准确地说,应先看左右差商的不等式,而不是断言导数严格异号。

Rolle 定理要求 在闭区间 连续,在开区间 可导,并且 。结论是存在 ,使 。

为什么闭区间要连续,而端点不必可导?闭区间上的连续性保证函数取得最大值和最小值。如果函数不是常数,且两个端点函数值相等,那么至少有一个极值出现在区间内部;在那里才用到 Fermat 定理。若函数是常数,开区间内的导数本就处处为零。因此可导性只需要放在 上。

Lagrange 中值定理同样要求 在 连续、在 可导,却不再要求两个端点函数值相等。它给出的结论是,存在 ,使

右边就是连接两端点的割线斜率。为了借用 Rolle 定理,可以减去这条割线,构造

于是 ;而 仍在闭区间连续、开区间可导。对 使用 Rolle 定理,得到某个 满足 ,再把 展开,就得到 Lagrange 定理的等式。这样看,它确实是 Rolle 定理的推广,而这些条件也正好随证明一同出现。

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