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羅爾中值定理典型例題
①若要證明 ,則考慮直接使用羅爾定理,無需構造輔助函數。
例:
設 (其中 均為常數),證:方程 在 內至少有一個解。
思路:經過端點的帶入嘗試,你會發(fā)現(xiàn)無法直接找到函數的零點,因此我們選擇求其原函數的兩個零點,從而達到我們想要的效果。
解: 令 。
由羅爾定理可得: 即原方程至少存在一個解得證。
②若要證明 ,則考慮構造輔助函數 ,然后使用羅爾定理即可。
此方法可以用來證明拉格朗日中值定理,具體證明見中值定理基礎篇。
③若要證明 或者 ,則考慮多次使用羅爾定理。
例1:
設 三階可導, ,證明:
解:
由于 ,所以由羅爾定理可得: .
因此,可以得到 ,進行兩次羅爾定理可得 。 最后,再對 使用一次羅爾定理可得 ,由此得證。
例2:
設 上三階可導, ,證明:
思路:雖然這道題沒有足夠多的零點,但是函數是具體的,可以自行求導尋找零點和駐點。
解:由于 使用羅爾定理可得 。
由 可得: 對 使用羅爾定理可得 ,由此得證。
例3:
設 二階可導, ,證明:
思路:要求二階導為0,則需要三個 零點,題目已經給出兩個,因此我們只需要從第三個條件中推出一個零點即可。
解:不妨假設,
又由于 在 上二階可導, 由零點定理
到此,我們得到了三個零點,反復使用羅爾定理就可以得到所證結論。
例4:
設 在 上連續(xù),且 證明: 在 內至少有兩個零點。
常見的錯誤解法:直接使用積分中值定理
錯解: ,從而由此得到 兩個零點,但是實際上這是錯誤的,因為我們無法確定 與 是否相等。 正確解法:
思路:既然我們無法直接找到函數的兩個零點,那么我們可以退而求其次的找其原函數的三個零點,從而達到我們想要的效果。 解:令 ,則 .
由于 再由積分中值定理得 。到此我們得到了三個零點,只需反復使用羅爾定理,就可以得到需證結論。
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