在考研數學(xué)考試中,有關(guān)中值定理的證明問(wèn)題是歷年出題的一個(gè)熱點(diǎn),將中值定理和介值定理或積分中值定理結合命題是比較常見(jiàn)的命題形式。首先復習一下各大定理:
1、介值定理
設函數f(x)在閉區間[a,b]上連續,且在該區間的端點(diǎn)取不同的函數值f(a)=A及f(b)=B,那么對于A(yíng)與B之間的任意一個(gè)數C,在開(kāi)區間(a,b)內至少有一點(diǎn)ξ使得f(ξ)=C(a < ξ < b).
Ps:c是介于A(yíng)、B之間的,結論中的ξ取開(kāi)區間。
介值定理的推論:設函數f(x)在閉區間[a,b]上連續,則f(x)在[a,b]上有最大值M,最小值m,若m≤C≤M,則必存在ξ∈[a,b], 使得f(ξ)=C。
2、零點(diǎn)定理
設函數f(x)在閉區間[a,b]上連續,且f(a)與f(b)異號,即f(a).f(b) < 0,那么在開(kāi)區間內至少存在一點(diǎn)ξ使得f(ξ)=0.
Ps:注意條件是閉區間連續,端點(diǎn)函數值異號,結論是開(kāi)區間存在點(diǎn)使函數值為0.
3、羅爾定理
如果函數f(x)滿(mǎn)足:
(1)、在閉區間[a,b]上連續;
(2)、在開(kāi)區間(a,b)內可導;
(3)、在區間端點(diǎn)處函數值相等,即f(a)=f(b).
那么在(a,b)內至少有一點(diǎn)ξ(a < ξ < b),使得f`(x)=0;
PS:在用羅爾定理時(shí),關(guān)鍵是找出輔助函數,且結論成立前提為開(kāi)區間內取值
4、拉格朗日中值定理
如果函數f(x)滿(mǎn)足:
(1)、在閉區間[a,b]上連續;
(2)、在開(kāi)區間(a,b)內可導;
那么在(a,b)內至少有一點(diǎn)ξ(a < ξ < b),使得f(b)-f(a)=f`(ξ).(b-a).
5、柯西中值定理
如果函數f(x)及g(x)滿(mǎn)足
(1)、在閉區間[a,b]上連續;
(2)、在開(kāi)區間(a,b)內可導;
(3)、對任一x(a < x < b),g`(x)≠0,
那么在(a,b)內至少存在一點(diǎn)ξ,使[f(b)-f(a)]/[g(b)-g(a)]=f`(ξ)/g`(ξ)
Ps:拉格朗日中值定理、柯西中值定理結論都是開(kāi)開(kāi)區間內取值。
題設或證明結論中含有一般的a,b,f(a),f(b)時(shí),經(jīng)?煽紤]直接用拉格朗日中值定理或利用柯西中值定理證明。
對于“存在兩個(gè)點(diǎn)”的問(wèn)題,一般先用一次拉格朗日中值定理(或柯西中值定理),然后再用一次柯西中值定理(或拉格朗日中值定理)。
6、積分中值定理
若函數f(x)在[a,b]上連續,則至少存在一點(diǎn)ξ(a≤ξ≤b)使
Ps:該定理課本中給的結論是在閉區間上成立,如果想在開(kāi)區間內使用,我們便構造該函數,運用拉格朗日中值定理來(lái)證明下使其在開(kāi)區間內成立即可。千萬(wàn)不可直接運用。
通過(guò)上面對各個(gè)定理的簡(jiǎn)單介紹,可以看出“恰當構造輔助函數”成為靈活運用中值定理的關(guān)鍵。下面將介紹幾種常見(jiàn)的輔助函數構造方法:
1、原函數法:先將ξ化為x,然后將式子恒等變形以便于積分,按照常微分方程求解后,所得式子F(x,f(x))=C,則F(x,f(x))即為所需的輔助函數。
2、常數比值法:它適用于常數已分離的命題。
3、觀(guān)察要證明的結論形式,如果與以下等式的右邊式子較為類(lèi)似,則往往可以直接寫(xiě)出輔助函數:
