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定理已证明

中值定理(拉格朗日)

命题陈述

若 f:[a,b]→Rf:[a,b]\to\mathbb{R} 在 [a,b][a,b] 上连续,在 (a,b)(a,b) 内可导,则存在 c∈(a,b)c\in(a,b) 使得 f′(c)=f(b)−f(a)b−af'(c) = \dfrac{f(b)-f(a)}{b-a}。

为什么成立?

在一次汽车旅行中,必定存在某一时刻,车速表读数(瞬时速度)恰好等于整个旅程的平均速度——不可能全程都严格快于平均值,也不可能全程都严格慢于平均值。

证明思路

考虑辅助函数 g(x)=f(x)−f(a)−f(b)−f(a)b−a(x−a)g(x) = f(x) - f(a) - \dfrac{f(b)-f(a)}{b-a}(x-a),它度量 ff 与过 (a,f(a))(a,f(a))、(b,f(b))(b,f(b)) 两点的割线之间的竖直差距。于是 gg 在 [a,b][a,b] 上连续,在 (a,b)(a,b) 内可导,且 g(a)=g(b)=0g(a)=g(b)=0,由罗尔定理知存在 c∈(a,b)c\in(a,b) 使 g′(c)=0g'(c)=0,即 f′(c)=f(b)−f(a)b−af'(c) = \dfrac{f(b)-f(a)}{b-a}。

提出者

用到此定理的主题

相关定理

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Joseph-Louis Lagrange (1797). Théorie des fonctions analytiques
  2. James Stewart (2015). Calculus