微分中值定理

一、费马定理

设函数f(x)在点x0的某邻域U(x0)内有定义,并且在x0处可导,如果对任意的x∈U(x0),有f(x)≤f(x0)或f(x)≥f(x0),那么f'(x0) = 0

——《高等数学》同济七版

几何解释


图1-1

如图1-1所示,f(x)若在x0这个点取得极值(图示为极小值),则f(x)在x0这个点的导数为0(即该点斜率为0);换而言之,存在极值=>导数为0

哲学解释

小涵在某中学的一个普通班级,班上的同学都不爱学习,于是乎小涵每次考试都是班上的第一名,有一次考试小涵根本没复习,完全裸考,还是考了第一名,从此以后小涵就觉得没必要努力学习,反正自己肯定是第一名,某年六月,小涵的高考成绩出来了,果不其然他还是班上第一名,只不过全省排名到了2万开外。

《庄子秋水》中有一句名言:“井蛙不可以语于海者,拘于虚也;夏虫不可以语于冰者,笃于时也;曲士不可以语于道者,束于教也。”无论是井娃、夏虫还是曲士他们都只生活在局部里,生活在自己的邻域中,于是便只会认死理,便不愿改变,便导数为0,便停滞不前,便称为驻点,位处局部之顶,易沾沾自喜;位处局部之底,易破罐破摔。



二、罗尔定理

如果函数f(x)满足

(1)在闭区间[a, b]上连续

(2)在开区间(a, b)内可导

(3)在区间端点处的函数值相等,即f(a) = f(b)

那么在(a, b)内至少有一点ξ (a<ξ<b),使得f'(ξ) = 0

几何解释


图2-1

如图2-1所示,在ab区间内,两端点的连线若平行于x轴,则ab区间内必存一点ξ,使其切线也平行于x轴(导数为0),换而言之,端点相等=>导数为0

物理解释

假设小涵在直线跑道上来回跑动(两端点值相等),在转身的那一刻小涵的速度为0(导数为0)。

哲学解释

有时候觉得,人生中的某一天,就可以代表我的一生,我们都是从一无所有中来,最后回到一无所有中去,从白天到黑夜,从拂晓到夕阳。



三、拉格朗日中值定理

如果函数f(x)满足

(1)在闭区间[a, b]上连续

(2)在开区间(a, b)内可导

那么在(a, b)内至少有一点ξ (a<ξ<b),使等式f(b)-f(a) = f'(ξ)(b-a)成立

——《高等数学》同济七版

几何解释


图3-1

如图3-1所示,ab区间内必存一点ξ,使其切线平行于f(a)f(b)两端点的连线(斜率相等),换而言之,端点斜率=某点斜率(拉格朗日中值定理可以说是无条件成立)。

注:拉格朗日中值定是微分近似计算(y2 = y1 + y1'(y2-y1))的理论基础。

物理解释

假设小涵在操场上随意跑动(好似无条件),总有一刻的瞬时速度等于平均速度。

哲学解释

《马克思主义基本原理概论》中写到——标志客观事物的可分性和统一性,整体是构成事物的诸要素的有机统一,部分是整体中的某个或某些要素。因此整体由部分组成,总有一个部分可以近似代表整体,就像泰勒公式所展开的多项式一样,总有较大的一项能代表整体。



四、柯西中值定理

如果函数f(x)及F(x)满足

(1)在闭区间[a, b]上连续

(2)在开区间(a, b)内可导

(3)对任一x∈(a, b),F'(x) ≠ 0

那么在(a, b)内至少有一点ξ,使等式[f(b)-f(a)]/[F(b)-F(a)] = f'(ξ)/F'(ξ)

几何解释


图4-1

如图4-1所示,把切线的斜率进行相比较,(上面的两根线)红色:蓝色 =(下面的两根线)红色:蓝色;或者说,红色的线:红色的线 =蓝色的线:蓝色的线;换而言之,端点比值 = 导数比值

注:f(x)和F(x)两个函数里至少要有一个在区间内为单调递增或递减(导数不为0)。

物理解释

假设小涵和小张一起在操场上随意跑动同一段时间,总有一刻,他两的平均速度之比等于瞬时速度之比。

哲学解释

同时生而为人,每一个人的幸福感是一样的,只不过触发条件不一样,有的人觉得朝九晚五是幸福,有点人觉得环游世界是幸福,有的人觉得子女幸福是幸福。

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