4.4 微分中值定理

极值

设 f(x) 在 x0 的某一个邻域 o(x0) 内有定义, 且 ∀x∈o(x0):f(x)≤f(x0), 则称 f(x) 在 x0 上取到极大值, 称 x0 是 f(x) 的极大值点. 若不等式改为 f(x)≥f(x0), 则称 f(x) 在 x0 上取到极小值, 称 x0 是 f(x) 的极小值点.
若将 f(x)≤f(x0) 改为 f(x)<f(x0), 则称 x0 是 f(x) 的严格极大值点, 同理可以定义严格极小值点.

驻点

称 f′(x) 的零点为 f(x) 的驻点.

Fermat 引理

若 x0 是 f(x) 的极值点, 且 f(x) 在 x0 处可导, 则 f′(x0)=0.

Rolle 中值定理

若 f(x)∈C[a,b],f(x)∈D(a,b), 且 f(a)=f(b), 则 ∃ξ∈(a,b):f′(ξ)=0.

Lagrange 中值定理

若 f(x)∈C[a,b],f(x)∈D(a,b), 则 ∃ξ∈(a,b):

f′(ξ)=f(b)−f(a)b−a.
Cauchy 中值定理

若 f(t),g(t)∈C[a,b],f(t),g(t)∈D(a,b), 且 ∀t∈(a,b):g′(t)≠0, 则 ∃ξ∈(a,b):

f′(ξ)g′(ξ)=f(b)−f(a)g(b)−g(a).

由此推出导函数的两大特性:
第一, 介值性.

导函数的介值性

设 f(x)∈D[a,b], f+′(a)<f−′(b), 则 ∀λ∈(f+′(a),f−′(b)), ∃ξ∈(a,b):f′(ξ)=λ.

第二, 导函数没有第一类间断点.

命题

若 f(x) 在 x0 处连续, 在 (x0,x0+δ) 内可导, 且导函数存在右极限 f′(x0+), 则 f(x) 在 x0 处右可导, 且 f+′(x0)=f′(x0+).

推论

若 f(x) 在 x0 处连续, 在 o(x^0,δ) 内可导, 且 limx→x0f′(x) 存在, 则 f(x) 在 x0 处可导, 且 f′(x0)=limx→x0f′(x).

定理

设 f(x)∈D(a,b), 则 ∀x0∈(a,b), x0 或者是 f′(x) 的连续点, 或者是第二类间断点.