【精品】張彬斌定稿論文

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1、中值定理與不等式作者:張彬斌指導(dǎo)老師:胡學(xué)平摘要:不等式的證明是數(shù)學(xué)分析中的常見(jiàn)問(wèn)題,本文主要討論應(yīng)用微分中值定理對(duì)不等式證明的應(yīng)用.微分中值定理包括羅爾中值定理、拉格朗日中值定理以及積分中值定理,在這里主要分析這三種中值定理之間的關(guān)系及其在不等式證明、函數(shù)單調(diào)性、凹凸性中的應(yīng)用.關(guān)鍵詞:不等式中值定理單調(diào)性的應(yīng)用凹凸性的應(yīng)用1引言關(guān)于羅爾中值定理、拉格朗日中值定理以及柯西中值定理的證明和應(yīng)用有許多專門的研究,利川微分中值定理證明不等式有許多方便之處,本文主要介紹如何利川它來(lái)分析證明一些常見(jiàn)的不等式.2基本概念定理2.1羅爾中值定理若

2、函數(shù)/滿足如下條件:(1)/在閉區(qū)間[a,b].h連續(xù);⑵/在開(kāi)區(qū)間⑺勸內(nèi)可導(dǎo);⑶/(6Z)=/(&),則在(a,b)內(nèi)至少存在一§點(diǎn),使得廣@)=0(1)證明:因?yàn)?在[。,切上連續(xù),所以有最大值與最小值,分別用M與加表示,現(xiàn)分兩種情況來(lái)討論:①若m=M,則/在[°,方]上必為常數(shù),從而結(jié)論成立.②若m

3、在每一點(diǎn)都可導(dǎo)的一段連續(xù)曲線上,如果曲線的兩端高,則至少存在i條水平線.定理2.2拉格朗日中值定理若函數(shù)/滿足如下條件:(1)/在閉區(qū)間[a,b]上連續(xù);(2)/*在開(kāi)區(qū)間(。,方)內(nèi)可導(dǎo);則在至少存在一點(diǎn)歹,使得化)=件型⑵b-a顯然,特別當(dāng)f(a)=f(b)時(shí),木定理的結(jié)論即為羅爾屮值定理的結(jié)論,這表明羅爾屮值定理是拉格朗口屮值定理的一個(gè)特殊情形.證明:作輔助函數(shù)b-a?(x_a)顯然,f(q)=F0)(=0),HF在⑺,創(chuàng)上滿足羅爾屮值定理的另兩個(gè)條件.故存在,使得尸(幻=八⑷=0,b-a移項(xiàng)后即得到所要證明的(2)式.拉格朗F

4、I中值定理的兒何意義是:在滿足定理?xiàng)l件的曲線y=/(%)_上至少存在一點(diǎn)pH,該曲線在該點(diǎn)處的切線平行于曲線兩端的連線ab,我們?cè)谧C明中引入的輔助函數(shù),正是曲線y=f(x)與直線ABy=/(d)+/(?_S(—d))之差.b-a定理1.2的結(jié)論(公式(2))稱為拉格朗口公式.拉格朗H公式還有下面幾種等價(jià)表示形式:f(b)-/?)=廣(g)(b-a),a《b;(3)f(b)—f(a)=ff(a+0(b-a))(b-a),O<0b都

5、成立,而g則是介于d與b之間的某一顯然,f(q)=F0)(=0),HF在⑺,創(chuàng)上滿足羅爾屮值定理的另兩個(gè)條件.故存在,使得尸(幻=八⑷=0,b-a移項(xiàng)后即得到所要證明的(2)式.拉格朗FI中值定理的兒何意義是:在滿足定理?xiàng)l件的曲線y=/(%)_上至少存在一點(diǎn)pH,該曲線在該點(diǎn)處的切線平行于曲線兩端的連線ab,我們?cè)谧C明中引入的輔助函數(shù),正是曲線y=f(x)與直線ABy=/(d)+/(?_S(—d))之差.b-a定理1.2的結(jié)論(公式(2))稱為拉格朗口公式.拉格朗H公式還有下面幾種等價(jià)表示形式:f(b)-/?)=廣(g)(b-a),a

6、《b;(3)f(b)—f(a)=ff(a+0(b-a))(b-a),O<0b都成立,而g則是介于d與b之間的某一定數(shù)?而(4)、(5)兩式的特點(diǎn)在丁?把中值點(diǎn)歹表示成了Q+&(b-Q),使得不論sb為何值,&總可為小于1的某一正數(shù).定理2.3柯西中值定理設(shè)函數(shù)/和g滿足:⑴在[a,b]上都連續(xù);⑵在⑺")內(nèi)都可導(dǎo);(3)廣(兀)和g'O)不同時(shí)為零;⑷g(d)Hg(b),(6)則存在§w(a,b),使得g'(§)g(b)-g(a

7、)證明:作輔助函數(shù)F(x)=/(兀)-/⑺)—兀?一/繆?(g(兀)-g@))g(b)-g(a)易見(jiàn)F在上滿足羅爾中值定理的條件,故存在ge(a9b),使得/的-/(a)g(b)-g(a)gW=0因?yàn)間'@)=o(否則由上式廣(§)也為零),所以可把上式改寫成(6)式.結(jié)論:由上述證明可知,拉格朗H中值定理和柯西中值定理都可以借用羅爾中值定理來(lái)證明,口羅爾中值定理是拉格朗H中值定理的特殊情況.柯西小值定理有著?前兩個(gè)中值定理相類似的幾何意義,只是現(xiàn)在要把/,g這兩個(gè)函數(shù)當(dāng)作以x為參量的參量方程(u=g(x)在MOV平血上表示一段曲線.

8、山于(6)式右邊的‘9)—‘⑺)表示連接曲線兩端的弦AB的斜率,而(6)式左邊的g(b)-g(a)厶⑷=竺」則表示該曲線上與X=§相對(duì)應(yīng)的一點(diǎn)(g?,/⑷)處的切線的斜率,因此g⑴du5(1)式即農(nóng)示上述切線與弦AB互相

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