数学|数学分析中最重要的定理之一——中值定理,一个简单的证明
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让我们来证明数学分析中最重要的定理之一 , 唯一的要求是对导数有一个基本的了解 。
连接f(a)和f(b)的直线等于a和b之间某一点的切线 。 在数学中 , 给出精确的表述是很重要的 , 因为图像有时会在你没有意识到的情况下假设一些东西 (在这个例子中 , 曲线永远不会低于连接f(a)和f(b)的直线) 。
下面是正式声明 。 假设一个函数在区间[ab
上是连续和可微的 。 那么存在一个数 , 我们称之为c , 使得下面的方程成立:
证明这里的技巧是重新构造函数 。 思考一下下面定义的函数:
这个新的函数 , 称之为g(x) 。 你可能已经注意到 , (f(b)-f(a)/(b-a)项是(af(a))和(bf(b))之间的连接线的斜率 。 在x=a和x=b时 , 可以用一些简单的代数来验证g(a)=g(b) 。
现在 , 在[ab
上 , 由于g(x)是连续的 , g(x)将在[ab
上得到其最小值和最大值 。 数学家说[ab
是实数的一个 \"紧凑 \"子集 。
那么有两种情况 。
情况1 。 如果最大值和最小值都出现在端点 , 即x=a和x=b处 , 那么函数的最大值和最小值在[ab
的所有地方都是一样的 , 因为g(a)=g(b) 。 在这种情况下 , g(x)在任何地方都是一样的 , 代数证明了f(x)一定是连接(af(a))和(bf(b))的直线 。
情况2 。 如果最小值或最大值出现在中间 , 那么我们从微积分中知道 , 导数在该点一定是零 。 让我们把这一点称为c , 首先算出导数:
然后我们把c处的导数设为零(注意 , 从df(x)/dx到f'(x)的符号转换 , 用'符号表示取导数) 。
直到最后 , 我们得出结论 , 在这个点c , 有:
【数学|数学分析中最重要的定理之一——中值定理,一个简单的证明】这样 , 证明就完成了 。
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