如何理解二元函式的拉格朗日中值定理

時間 2021-08-11 17:47:20

1樓:匿名使用者

敘述的時候我會假定大家對此定理一無所知

所以我一開始會避免談及拉格朗日中值定理

然而最後我會把拉格朗日中值定理拓展到一般性中值定理

這裡先給出乙個小問題引起一點興趣:

證明方程3ax^2-2ax+2bx-b=0在(0,1)至少存在乙個解(a,b不同時為0)

這個小問題是高二時我在考試時接觸到的一道壓軸題

我記得它的標準答案是稍微繁瑣且不帶任何技巧性的

當時我給出了一種證明方法:

令f(x)=ax^3+(b-a)x^2-bx

由三次函式的連續性可知f(x)在(0,1)之間存在著遞增與遞減

注意到f(0)=f(1)

顯然f(x)不可能在(0,1)單調遞增或單調遞減

所以f(x)在(0,1)至少存在乙個極值點

即原方程在(0,1)至少存在乙個解

上面的證明方法涉及乙個定理:

rolle定理

若函式f(x)在[a,b],(a,b)可導,且f(a)=f(b)

那麼至少存在一點ξ,使得

f'(ξ)=0(a<ξ0且f'(x)>0

證明f'(a)<[f(b)-f(a)]/(b-a)

這個問題還有另外一種表達形式:

證明存在一點ξ,使得

f'(ξ)=[f(b)-f(a)]/(b-a)(a<ξ

這個小問題的兩種表達形式的一種做法:

f(b)-f(a)=∫(b,a)f'(x)dx

不妨設以f(a)為高的矩形為a,以f(b)為高的矩形為b

以f(x)在(b,a)的部分為曲邊的曲邊梯形為c,三者寬度均為b-a

顯然f'(a)<[f(b)-f(a)]/(b-a)

另外一種非常有技巧性的做法類似4l所談及的,涉及rolle定理,但這裡不會繼續下去

因為下面所談及的內容比理解這種做法更有意思

這個問題是:

曲邊梯形經過怎樣的變換可以成為乙個矩形?

若該曲邊梯形是f'(x)在(a,b)的部分

注意到以下不等式:

(b-a)f'(x)min≤∫(b,a)f'(x)dx≤(b-a)f'(x)max

(b-a)f'(x)表示矩形面積

設f'(c)=f'(x)min,f'(d)=f'(x)max

因此在(f'(c),f'(d))可以選取一點f'(ξ)(ξ介於cd之間)

使得f'(ξ)(b-a)=∫(b,a)f'(x)dx

(c,d)或(d,c)∈(a,b),因此(a<ξ

即f'(ξ)(b-a)=f(b)-f(a) (a<ξ

現開始談及一開始不涉及的內容:

拉格朗日中值定理

若函式f(x)在[a,b]連續,(a,b)可導

那麼至少存在一點ξ(a<ξ

f'(ξ)(b-a)=f(b)-f(a)

或f'(ξ)=[f(b)-f(a)]/(b-a)

有一些同學可以會為定理中的『(a,b)可導』而不是『[a,b]可導』感到困惑

持保守觀點的可能會認為[a,b]連續不意味著[a,b]可導

譬如√x在[0,1]連續但在0處不可導

然而通過25l的內容可理解成:

乙個矩形去掉邊長後面積不變

這裡將拉格朗日中值定理做乙個輕率的變式:

設h[g(x)]=f(x),那麼g'(x)h'[g(x)]=f'(x)

[f(b)-f(a)]/[g(b)-g(a)]=/[g(b)-g(a)]=h'[g(ξ)]=f'(ξ)/g'(ξ)

這個變式稱為一般中值定理或者cauchy中值定理

一般性中值定理:

若f(x)與g(x)在[a,b]連續,(a,b)可導,且g'(x)≠0

那麼至少存在一點ξ

使得[f(b)-f(a)]/[g(b)-g(a)]=f'(ξ)/g'(ξ) (a<ξ

當g(x)=x時,該定理便是拉格朗日中值定理

2樓:zzllrr小樂

跟一元函式類似,只不過推廣到二維了。變數多了,公式稍微複雜一些而已。

3樓:匿名使用者

寫成帶拉格朗日餘項的泰勒公式會好一些。

是用微分逼近函式值的方法。

關於二元函式的泰勒公式與中值定理的乙個問題 50

4樓:匿名使用者

中值定理方向導數: 利用高階微分和方向導數,改寫了多元函式的泰勒公式和拉格朗日中值定理(簡稱中值定理)的形式,從而將多元函式的泰勒公式和中值定理與一元函式...

高數 偏導數證明 謝謝啦 大一

有關二元函式極限的疑惑,關於二元函式的極限的定義有點疑惑

thinking4娛樂 你提了很好的問題。現在我們可以再分析一下這道題。設y x 則f x,y x x x 8 由於當x 0時,x 8相對於x 是高階無窮小,可忽略。則有 f x,y x x x 0 再設y x 則f x,y x 3 2 x x 當x 0時,x 相對於x是高階無窮小,可忽略。則有f ...

matlab裡面怎樣求二元符號函式的極小值

計算偏導,然後取零值,可以通過二階導來判斷極值性質。比如y a x1 2 b x2 2 謝謝 by lyqmath clc clear all close all syms a b x1 x2 y a x1 2 b x2 2 dy1 diff y,x1 dy2 diff y,x2 xt1 solve...

怎樣理解流體力學中的拉格朗日描述和尤拉描述

滿腹經綸公子 lagrange描述和euler描述是描述物體運動的兩種方法 拉格朗日法用來描述一個質點的運動,用初始時刻的座標來標記質點,記錄這個質點每時每刻所在的位置。用數學來表達就是r a,b,c,t 這裡a,b,c就是初始時刻質點的座標。拉格朗日描述其實就是理論力學裡的方法。尤拉法描述固定的空...