微积分中值定理与导数的应用讲稿.ppt
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1、微积分中值定理与导数的应用1节节1第一页,讲稿共七十页哦1节节24.1 中值定理中值定理一、罗尔中值定理一、罗尔中值定理二、拉格朗日中值定理二、拉格朗日中值定理三、柯西中值定理三、柯西中值定理第二页,讲稿共七十页哦罗尔中值定理罗尔中值定理则则 在闭区间在闭区间a,b上连续上连续;在开区间在开区间(a,b)上可导上可导;f(a)=f(b).若若 f(x)满足:满足:一、罗尔中值定理一、罗尔中值定理几何意义几何意义几何意义几何意义注:注:1.定理的条件:三个缺一不可定理的条件:三个缺一不可.2.定理的应用:导函数零点定理的应用:导函数零点(根根)的存在问题的存在问题.1111-111例例1例例2R
2、olle,(法法)1652-1719 3第三页,讲稿共七十页哦例例1.1.验证验证 f(x)x2 2x 3 在在-1,3 上满足罗尔定理条件,上满足罗尔定理条件,找出满足找出满足 f ()=0 的的 .注意到注意到 f(x)(x 1)(x 3),在在-1,3上显然连续上显然连续;f (x)2x 2 2(x 1)在在(-1,3)上显然可导;上显然可导;f(1)f(3)0 存在存在 1(1,3)使使 f (1)0 解解解解 故故 f(x)满足罗尔定理的条件满足罗尔定理的条件 其中其中a 1 b 3 返回返回罗尔定理肯定了罗尔定理肯定了 的存在性的存在性,一般没必要知道一般没必要知道究竟等于什么数究
3、竟等于什么数,只要知道只要知道 存在即可存在即可.4第四页,讲稿共七十页哦例例例例2 2 不求导不求导 判断函数判断函数 f(x)(x 1)(x 2)(x 3)的导数有几个的导数有几个 实根、及其所在范围实根、及其所在范围 解解 而而 f (x)是二次多项式是二次多项式 仅有上述两个根仅有上述两个根 f(1)f(2)f(3)0 f(x)在在 1,2 2,3 上满足罗尔定理条件上满足罗尔定理条件 f(x)在在 R 上连续、可导上连续、可导 且且根据罗尔定理,有:根据罗尔定理,有:罗尔定理是其他微分中值定理的罗尔定理是其他微分中值定理的基础基础,该定,该定理对理对判别方程根的存在性判别方程根的存在
4、性特别有效特别有效.5第五页,讲稿共七十页哦所以最值不可能同时在端点取得所以最值不可能同时在端点取得.使使有有证证对于对于有有 由极限的保号性由极限的保号性6第六页,讲稿共七十页哦7第七页,讲稿共七十页哦拉格朗日中值定理拉格朗日中值定理则则 使得使得 在闭区间在闭区间a,b上连续上连续;在开区间在开区间(a,b)上可导上可导.若若 f(x)满足:满足:二、拉格朗日中值定理二、拉格朗日中值定理几何意义几何意义几何意义几何意义注:注:注:注:2.拉格朗日公式拉格朗日公式 的等价形式:的等价形式:拉格朗日公式拉格朗日公式1.拉氏定理是罗尔定理的推广拉氏定理是罗尔定理的推广.Lagrange(法法)1
5、736-1813 8第八页,讲稿共七十页哦分析分析定理的结论就转化为函数定理的结论就转化为函数利用利用逆向思维逆向思维找出一个满足罗尔定理条件的函数找出一个满足罗尔定理条件的函数.将将变为变为使使的问题的问题.微分中值定理微分中值定理拉格朗日中值定理拉格朗日中值定理9第九页,讲稿共七十页哦过街天桥上的微分中值定理过街天桥上的微分中值定理北京的珠市口天桥北京的珠市口天桥 三个公式:万有引力定律、质能公式、三个公式:万有引力定律、质能公式、拉格朗日中值公式拉格朗日中值公式微分中值定理讲的是这么一个故事微分中值定理讲的是这么一个故事 摘自摘自“过路人的空间过路人的空间”在一个遥远的曲线的世界,所有的
6、一在一个遥远的曲线的世界,所有的一切都是一条条漂亮的紫色曲线。每条切都是一条条漂亮的紫色曲线。每条曲线的起止点曲线的起止点a、b之间连接着一条漂之间连接着一条漂亮的橙色直线。微分中值定理告诉我亮的橙色直线。微分中值定理告诉我们:在每条紫色曲线上都有一个神奇们:在每条紫色曲线上都有一个神奇的点,从它那里做出的绿色切线,与的点,从它那里做出的绿色切线,与橙色的橙色的ab连线平行。连线平行。ba10第十页,讲稿共七十页哦它表明了函数在两点处的函数值它表明了函数在两点处的函数值的单调性及某些等式与不等式的证明的单调性及某些等式与不等式的证明.在微分学中占有在微分学中占有极重要的地位极重要的地位.与导数
7、间的关系与导数间的关系.今后要多次用到它今后要多次用到它.尤其可利用它研究函数尤其可利用它研究函数11第十一页,讲稿共七十页哦证证 例例例例3 证明不等式证明不等式 arctan x2 arctan x1 x2 x1(x1 x2)设设 f(x)arctan x arctan x2 arctan x1 x2 x1 在在 x1,x2 上应用拉格朗日定理,有上应用拉格朗日定理,有 如果如果f(x)在某区间上可导在某区间上可导,要分析函数在该要分析函数在该区间上任意两点的函数值有何关系区间上任意两点的函数值有何关系,通常就想到微分中值定理通常就想到微分中值定理.12第十二页,讲稿共七十页哦例例例例4
8、证证由上式得由上式得设设由由 关键关键 满足拉格朗日中值定理的条件满足拉格朗日中值定理的条件,证明证明函数不等式函数不等式的惯用手段!的惯用手段!13第十三页,讲稿共七十页哦推论推论2设设 f 和和 g 在区间在区间 I上可导,且上可导,且 ,则则在区间在区间 I 上上 f(x)和和 g(x)只差一个常数,即只差一个常数,即是是 I 上的常值函数上的常值函数.推论推论1 1设设 f(x)在区间在区间 I上可导,且上可导,且 ,则则 f(x)例例5.证明:证明:证明证明函数恒等式函数恒等式的的惯用手段!惯用手段!14第十四页,讲稿共七十页哦注意AB的斜率的斜率切线斜率切线斜率15第十五页,讲稿共
9、七十页哦柯西中值定理柯西中值定理 在闭区间在闭区间a,b上连续上连续;在开区间在开区间(a,b)上可导上可导;若函数若函数 f 和和 g满足:满足:g(x)0,x(a,b).则则 使使三、柯西中值定理三、柯西中值定理几何意义几何意义几何意义几何意义注:注:几何意义:几何意义:考虑参变量方程考虑参变量方程v=f(x)u=g(x)例例例例6.6.设函数设函数 f 在区间在区间a,b(a0)上连续上连续,在在(a,b)上可导,上可导,则存在则存在(a,b),使使Cauchy(法法)1789-185916第十六页,讲稿共七十页哦 前面对拉格朗日中值定理的证明前面对拉格朗日中值定理的证明,构造了构造了
10、现在对现在对两个两个给定的函数给定的函数 f(x)、g(x),构构造造即可证明柯西定理即可证明柯西定理.辅助函数辅助函数辅助函数辅助函数 分析分析上式写成上式写成 用用类类比比法法17第十七页,讲稿共七十页哦拉格朗日拉格朗日中值定理中值定理柯柯 西西中值定理中值定理罗尔定理、拉格朗日定理及柯西中值定理之间的关系;罗尔定理、拉格朗日定理及柯西中值定理之间的关系;罗尔定理、拉格朗日定理及柯西中值定理之间的关系;罗尔定理、拉格朗日定理及柯西中值定理之间的关系;f ()=0.罗尔罗尔定理定理问题:问题:问题:问题:证明存在证明存在(a,b),使得使得H(a,b,)=0化为求根问题化为求根问题化为求根问
11、题化为求根问题将将将将a a,b b与与与与 分离,找匹配形式分离,找匹配形式分离,找匹配形式分离,找匹配形式18第十八页,讲稿共七十页哦与题设矛盾!与题设矛盾!例例例例7*.设设 p(x)是一个多项式是一个多项式,且方程且方程 p(x)=0 没有实根,没有实根,证证证证:则方程则方程 p(x)=0 至多有一个实根,且这个至多有一个实根,且这个根的重数为根的重数为1.1)设设 p(x)有两个实根有两个实根 x1,x2,且,且 x1 0 时时,故故 f 在在 0,+)单调递增单调递增;当当 x 0 时时,在在(-,0 单调递减单调递减;即即 当当x0时时,有有则则 f(0)=0.例例(另证另证)
12、.注意到注意到 及及 f(0)=0.37第三十七页,讲稿共七十页哦定义定义 若函数若函数 f 在某在某U(x0)有定义,且有定义,且对一切对一切 xUo(x0)有有则称则称 f 在在 x0 处取得处取得极大极大 值值,称点称点 x0为为极大极大 值点值点.(小小)(小小)例:例:x3,x5x1,x2,x4注:注:极值极值极值极值 vs.最值最值最值最值1.局部局部vs.整体,整体,2.极值不在端点,最值可以极值不在端点,最值可以3.区间内的最值点是极值点区间内的最值点是极值点多值多值vs.唯一唯一极大值点:极大值点:极小值点:极小值点:非极值点:非极值点:x64.4 函数的极值函数的极值38第
13、三十八页,讲稿共七十页哦极值的必要条件极值的必要条件设设 f 在在U(x0)有定义有定义,且在且在 x0 可导可导.若点若点 x0是是 f 的极值点,则必有的极值点,则必有驻点驻点注:注:极值点极值点 vs.驻点驻点1.可导的极值点是驻点可导的极值点是驻点,“可导可导”条件不可去,条件不可去,2.驻点不一定是极值点,驻点不一定是极值点,例例:f(x)=|x|;例:例:f(x)=x3 .求极值点的步骤:求极值点的步骤:求极值点的步骤:求极值点的步骤:求不可导点、驻点求不可导点、驻点检查上述点左右的取值,根据极值定义做判断检查上述点左右的取值,根据极值定义做判断39第三十九页,讲稿共七十页哦定理定
14、理(极值的第一充分条件(极值的第一充分条件)设设 f(x)在点在点 x0 连续,在某连续,在某 上可导,上可导,(1)若当若当 时时 ,当当 时时 ,则则 x0 是是 f 的极小值点;的极小值点;(2)若当若当 时时 ,当当 时时 ,则则 x0 是是 f 的极大值点;的极大值点;(3)若若 f 在在 内不变号内不变号,则则 x0 不是不是 f 的极值点的极值点.(左减右增(左减右增(左减右增(左减右增极小极小极小极小)(左增右减(左增右减(左增右减(左增右减极大极大极大极大)40第四十页,讲稿共七十页哦 令令f (x)0 得驻点得驻点 x 1 不可导点为不可导点为 x 0 列表列表 f(x)f
15、 (x)无无0 0极大值极大值x(0)01(1 )(0 1)解解:例例1.求函数求函数 的极值点与极值的极值点与极值.即即是极小值是极小值.41第四十一页,讲稿共七十页哦(1)若若则则 x0 是是 f 的极小值点;的极小值点;设设 定理定理(极值的第二充分条件(极值的第二充分条件)(2)若若则则 x0 是是 f 的极大值点;的极大值点;则则 若若 常无法判断常无法判断,注注:例例1(续续).判断判断 x=1 是否函数是否函数 的极值点的极值点.例如,例如,y=x3 或或 x4,其中,其中 x0=0.42第四十二页,讲稿共七十页哦设设是方程是方程的一的一解解,若若且且则则在在(A)取得极大值取得
16、极大值(B)取得极小值取得极小值(C)在某邻域内单调增加在某邻域内单调增加(D)在某邻域内单调减少在某邻域内单调减少提示提示得得A利用方程利用方程,代入代入43第四十三页,讲稿共七十页哦区间端点区间端点(区间内)(区间内)极值点极值点不可导点不可导点驻点驻点最值点最值点 4.5 最大值与最小值,极值的应用问题最大值与最小值,极值的应用问题已知:已知:已知:已知:若若 f 在在a,b上连续上连续,则则 f 在在a,b上有最大上有最大(小小)值值.问题:问题:问题:问题:如何找出最大如何找出最大(小小)值点值点?求求求求 f f 在在在在 a a,b b 上最值的步骤:上最值的步骤:上最值的步骤:
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