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中值定理

介值定理

1、如果函数$f(x) \in C[a,b]$,即在$(a,b)$上连续,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$f(\eta)$介于$f(a)$与$f(b)$之间。

2、如果函数$f(x) \in C[a,b]$,且在$f(x)$在$[a,b]$上取得最小值min,最大值max,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$f(\eta) in [min, max]$。

费马定理

若函数$f(x)$一阶可导,且在点$x_0$出取得极值,则$f’(x_0) = 0$

罗尔中值定理

若函数$f(x) \in C[a,b]$,且$f(a)=f(b)$,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$f’(\eta) = 0$

洛尔定理的推广:

1、//TODO: finish this part

拉格朗日中值定理

若函数$f(x) \in C[a,b]$,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$f(b) - f(a) = f’(\eta)(b-a)$。

证明:

构造函数$F(x) = [f(b) - f(a)]x - (b-a)f(x)$,则有$F(a) = F(b)$,则根据罗尔中值定理可证得。

柯西中值定理

如函数$f(x) \in C[a,b], g(x) \in C[a,b]$,则存在$\eta \in (a,b)$,使得:

证明:

构造函数$F(x) = f(x)[g(b) - g(a)] - f(x)[f(b) - f(a)]$ ,然后有$F(a) = F(b)$,则根据罗尔中值定理可证得。

积分中值定理

若$f(x)$在$[a,b]$上可积分,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$f(\eta)(b-a) = \int_{a}^{b} f(x)dx$

推广的积分中值定理

设$f(x)$,$g(x)$在$[a,b]$上连续,且$g(x)$在$[a,b]$上不变号,则存在$\eta \in (a,b)$,使得$\int{a}^{b} f(x)g(x)dx = f(\eta) \int{a}^{b}g(x)dx$

证明:

设$F(x) = \int{a}^{x} f(t)g(t)dt$,$G(x) = \int{a}^{x}g(t)dt$,在$(a,b)$上使用柯西中值定理即可证得。