高2 2 中值定理及導數的應用

2021-10-08 14:00:35 字數 4022 閱讀 4668

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設函式 $f(x)$ 在點 $x_$ 的某鄰域 $u(x_)$ 內有定義,並且在 $x_$ 處可導,如果對任意 $x \in u(x_)$ 有 $f(x) \leq f(x_)$ (或 $f(x) \geq f(x_)$ ),則 $f』(x_)=0$。

$$不妨假設\forall x\in u(x_),f(x) \leq f(x_)$$

$$當x \to x_^,\frac)}} \leq 0$$

$$由保號性知:f』_(x_) = \lim_^} \frac)}} \leq 0$$

$$當x \to x_^,\frac)}} \geq 0$$

$$由保號性知:f』_(x_) = \lim_^} \frac)}} \geq 0$$

$$又\because f』(x_) \exists ,故f』_(x_) = f』_(x_)$$

$$又f』_(x_)\leq 0 , f』_(x_) \geq 0$$

$$從而f』(x_) = f』_(x_) = f』_(x_) = 0$$

可導函式的極值點一定是駐點

極值點:$$\forall x \in \bigcup^(x_)$$

如果,當$f(x) < f(x_)$,稱$f(x)$ 在 $x=x_$ 處取得極大值, $x_$ 為極大值點

反之,當$f(x) > f(x_)$,稱$f(x)$ 在 $x=x_$ 處取得極小值, $x_$ 為極小值點

駐點:$f』(x)=0$的點。

端點一定不是極值點

極值點不一定是連續點

區間內部的最值點一定是極值點

區間內部唯一的極值點也一定是最值點

證某函式一階導存在「零點」,已知不等式(內部找極值)

設函式$f(x)$ 滿足:(1)在閉區間 $[a,b]$ 上連續;(2)在開區間 $(a,b)$ 內可導;(3) $f(a) = f(b)$,則存在 $\xi \in (a,b)$ ,使得 $f』(\xi)=0$。

$$\because f(x) 在 [a,b]上連續$$

$$故f(x)在[a,b]上一定既有最大值m,也有最小值m$$

$$若m=m,此時f(x) = c = m$$

$$從而f』(x) = 0,當 \xi 取值(a,b)內任何一點時,f』(\xi)=0$$

$$若m \not= m$$

$$又f(a)=f(b),則\exists \xi \in (a,b),使得f(\xi) = m或f(\xi) = m$$

$$由費馬引理知 f』(\xi) = 0$$

$$綜上所述, \exists \xi \in (a,b),使得f』(\xi)=0$$

要證$f^(\xi)=0$

要證$f(\xi,f(\xi),f』(\xi))$

如何找原函式

如何找點

設函式$f(x)$ 滿足:(1)在閉區間 $[a, b]$ 上連續;(2)在開區間 $(a, b)$ 內可導;

則存在 $\xi \in (a,b)$ ,使得 $\frac = f』(\xi)$ 或 $f(b)-f(a)=f』(\xi)(b-a)$ , $(a< \xi有時也寫成 $f(x_ + \big********up x)-f(x_) = f』(x_ + \theta \big********up x) \bullet \big********up x, (x < \theta < 1)$ ,這裡 $x_ \in (a,b)$ , $\big********up x$ 可正也可負。

注:拉格朗日中值定理為羅爾定理的推廣,當$f(a) = f(b)$ 時就是羅爾定理。

$$\frac - f』(x) = 0$$

$$(\frac \bullet x - f(x))』 = 0$$

$$令f(x) = \frac \bullet (x-a)-f(x)$$

$$f(a) = -f(a) = f(b) = f(b) - f(a) - f(b) = -f(a)$$

$$又f(x)在[a, b]上連續,在(a, b) 上可導,由羅爾定理知:$$

$$\exists \xi \in (a, b) , 使得f』(\xi) = 0 , 即\frac = f』(\xi)$$

求極限綜合題證明

$$f() - f()$$

$$構造同乙個函式在不同點的函式值之差$$

設函式$f(x)$ 和 $g(x)$ 滿足: (1)在閉區間$[a, b]$上皆連續;(2)在開區間 $(a, b)$ 內皆可導;且 $g』(x) \not= 0 $ ,則存在 $\xi \in (a, b)$ ,使得 $\frac = \frac,(a < \xi < b)$。

靈魂:兩個函式,乙個中值

設 $f(x)$ 在 $x_$ 處有 $n$ 階導數,則存在 $x_$ 的乙個領域,對於該鄰域內的任一 $x$ ,都有

$$f(x) = f(x_) + \frac)}(x-x_) + \frac)}(x-x_)^ + ... + \frac(x_)}(x-x_)^ + r_(x)(x \to x_) ,$$

其中$r_(x) = o((x-x_)^)(x \to x_)$成為佩亞諾餘項。

前面求極限的方法中用泰勒公式就是這種情形,根據不同情形取適當的$n$,所以對常用的初等函式如 $e^ , sinx, cosx, ln(1+x)$ 和 $(1+x)^$( $\alpha$ 為實常數)等的 $n$ 階泰勒公式都要熟記。

設 $f(x)$ 在包含 $x_$ 的區間 $(a, b)$ 內有直到 $n+1$ 階的導數,則對 $\forall x \in (a, b)$ , 有

$$f(x) = f(x_) + \frac)}(x-x_) + \frac)}(x-x_)^ + ... + \frac(x_)}(x-x_)^ + r_(x) ,$$

其中$r_(x) = \frac(\xi)}(x-x)^$ ( $\xi$ 在 $x_$ 與 $x$ 之間)稱為拉格朗日餘項。帶拉格朗日餘項的 $n$ 階泰勒公式常用於證明題中。

佩亞諾餘項和拉格朗日餘項的區別:

1.餘項形式不同

2.適用的範圍不同

3.高階導,階數要求不同

:當 $x_ = 0$ 時, $n$ 階泰勒公式也稱為 $n$ 階麥克勞林公式。

如果 $\lim_r_(x) = 0$,那麼泰勒公式就轉化為泰勒級數,這在後面無窮級數中再討論。

需要記住以下五個泰勒展開式:

$$ e^ = 1+ x + \frac} + \frac} + ... + \frac} + o(x^) ; $$

$$ sinx = x - \frac} + \frac} +... + \fracx^} + o(x^) ; $$

$$cosx = 1 - \frac} + \frac} - ... + \fracx^} + o(x^) ; $$

$$ln(1+x) = x- \frac} + \frac} - ... + \fracx^} + o(x^) ; $$

$$ (1+x)^ = 1+ ax + \fracx^ + ... + \fracx^ + o(x^) $$

$$ arctanx = x - \fracx^ + \fracx^ -...+ \frac}x^ + o(x^) $$

證明(拉格朗日餘項)

與高階導數有關的證明題

taylor什麼時候用?

除了$ 「e^ , sinx, coxs, ln(1+x), (1+x)^ 」 $外,剩下全是冪函式,此時泰勒優於洛必達。

題型一:求極限

須掌握

題型二:求$f^(0)$

步驟將$f(x)$在$x=0$處的泰勒公式寫一遍

把題**現的常用泰勒公式寫一遍

讓同類項前的係數相同。

同類項:所含字母相同,字母指數也相同的兩個單項式。

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