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微分中值定理及其多种巧妙证明方法

 火树银花5 2018-07-29

微分中值定理分为:罗尔中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理、泰勒公式。其中罗尔中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理,又(统)称为微分学基本定理、有限改变量定理或有限增量定理,是微分学的基本定理之一。内容是说一段连续光滑曲线中必然有一点,它的斜率与整段曲线平均斜率相同。现通过几何意义、辅助函数结合图形来证明各个定理。


        每年考研数学必有一道证明题,分值在10分左右,其中百分之九十涉及到的是微分中值定理及其应用。而微分中值定理及其应用最难的就是三个微分中值定理:罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理。它们是考研数学的重难点,现分别从涉及的知识点、考查方式、方法选择、真题链接等四个方面进行分析。

   一、涉及的知识点及考查形式

可涉及微分中值定理及其应用的知识点有,微分中值定理,洛必达法则,函数单调性的判别,函数的极值,函数图形的凹凸性、拐点及渐近线,函数图形的描绘,函数的最大值与最小值,弧微分(数一、数二要求),曲率的概念(数一、数二要求),曲率圆与曲率半径(数一、数二要求)。

微分中值定理以间接考查或与其他知识点综合出题的比重很大,也可以直接出题,所以考查形式有多种。如利用导数的几何意义考查函数的特性,讨论导数零点存在性或方程根个数问题,不等式的证明,证明含中值的等式,求极限等。

二、方法选择

题目考查微分中值定理,那么选择哪一中值定理成为解题的关键。

针对题目的特点,可根据如下情况选择对应的微分中值定理:如果结论不包含端点,优先考虑罗尔定理;如果结论中包含端点,则考虑拉格朗日中值定理或柯西定理。那么选择拉式还是柯西定理,需要对结论做进一步的处理,化为定理的标准形式。如第一个标准,左边是只含端点,右边只含中值;第二个标准,左边进一步处理,分子分母减号,一侧只含右端点,一侧只含左端点。整理后,如果分母是端点相减,则选择拉格朗日定理;否则,选择柯西定理。

三、求解步骤及历年真题解析

涉及到微分中值定理,一般首先要找辅导函数。针对拉式中值定理和柯西定理,经过对要证明的结论化为标准形式,可直接得出辅助函数。而罗尔定理,需要把结论化为微分方程的一般形式,使用积分因子法可找到。有了辅助函数,根据中值定理,列出定理对应的三个条件,得出结论。


下面由数学帝来详细讲解一下微分中值定理【罗尔中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理、泰勒中值定理】,并给出他们的证明方法,便于同学们理解、记忆、运用、举一反三!!!


微分中值定理

及其证明方法


下面由数学帝来详细讲解一下微分中值定理的推广使用【罗尔中值定理拉格朗日中值定理柯西中值定理、泰勒中值定理】,并给出他们的证明方法,便于同学们理解、记忆、运用、举一反三!!!

微分中值定理是微分学的重要定理,是应用导数研究函数性质的重要工具,是沟通函数及导数之间关系的桥梁,也是研究函数在某个区间内的整体性质的重要工具,历来受到人们的重视。


微分中值定理

的推广及其证明方法


结束语

    由于微分中值定理有多条,证明方法也是有多种,可以从几何方面入手,但是可以看出,证明方法的核心在于如何去构造辅助函数。而本文则主要是介绍微分中值定理的证明、推广与应用。在证明过程中会发现罗尔定理、拉格朗日定理、柯西定理它们的证明大致是相同的,基本上都是要做辅助函数来证明。同时,它们在某种特殊条件下可以转换,并且从它在特定条件下,可以看出罗尔定理、拉格朗日定理、柯西定理它们有包含关系,并且一个比一个应用更加广泛。而在微分中值定理的推广上,可以从导数到单侧导的推广,也可以是函数的推广。我们都知道微分中值定理是微分定理的基础,在函数的极限、凹凸函数等方面应用非常广泛!!!

    考研数学【数学一】历年的真题中就是考查证明拉格朗日中值定理,题源来自课本上原题稍微改动【求解此题的关键在于学生是否熟悉辅助函数的构造】,由此可见课本的重要性!!!我们一定要把课本上的每一个定理都研究得明明白白!!!


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