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关于函数导数和连续性的一个比较不自然的定理,达布定理

2022-12-19 14:09 作者:l米捞鼠l  | 我要投稿

定理内容:若函数f(x)在[a,b]上可导,则f′(x)在[a,b]上可取f′(a)和f′(b)之间任何值。 

或者:设y=f(x)在(A,B)区间中可导,且[a,b]包含于(A,B),f'(a)<f'(b),则对于任意给定的η:f'(a)<η<f'(b),都存在一点c∈(a,b)使得f'(c)=η

简而言之,定理的内容就是说如果原函数f(x)在闭区间[a,b]内可导,那么f′(x)[a,b]区间内具有界值性,这件事确实是不那么自然的一件事,因为我们知道,开区间连续的函数具有界值性,那么是否是说f′(x)[a,b]区间内具有界值性就说明f′(x)是开区间连续的呢?显然没有定理告诉我们说f(x)在[a,b]上可导就能推出f′(x)连续的,显然连续只是界值性的一个必要条件。下面来证明这个定理,若函数f(x)在[a,b]上可导,则f′(x)在[a,b]上具有界值性


,存在ξ∈(a,b)使g(ξ)<g(b)<g(a)。

由介值定理存在ζ∈(a,ξ)使g(ζ)=g(b)。

又由罗尔中值定理,存在δ∈(ζ,b)使g'(δ)=0。

所以无论如何总存在x∈(a,b)使g'(x)=0即f'(x)=η

法二:g(x)=f(x)-rx
在[a,b]连续
由闭区间连续函数存在最大最小值
则存在c∈[a,b]有g(c)是最值

再证c不等于a或b同法一:

不妨设g(a)>g(b),又g'(b)>0,由极限保号性、

,存在ξ∈(a,b)使g(ξ)<g(b)<g(a)

所以a,b一定不是最小值,

由费马定理

g'(c)=0

f'(c)=r且c∈(a,b)

显然法二看起来更加常用,且好理解一些,做辅助函数后,利用闭区间的连续函数的有界性,必有最大最小值,根据费马定理就有导数等于0。



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