拉格朗日中值定理与区间测速

今天给大家讲一讲区间测速和拉格朗日中值定理的关系,希望对理解这个定理存在困扰的同学有所帮助。

假设汽车在

时刻到达区间测速起点位置,记为

时刻到达区间终点位置,记为

,我们作图如下:

容易算出汽车的平均速度为:

一般情况下,汽车在行驶过程中速度是变化的,如果我们算出来的平均速度为60km/h ,那么汽车在行驶过程中的瞬时速度必然有:大于、等于、小于60km/h 的情况。如下面动态图所示(蓝色为大于,灰色为等于,绿色为小于):

对于这个结果,拉格朗日(法国天才数学家)给我们做了完美的数学呈现,拉格朗日中值定理结论正好对应的是:瞬时速度恰好等于平均速度的时刻,而这样的时刻至少是存在一个的。

一起来欣赏一下拉格朗日中值定理:

设函数

满足以下两个条件:

(1) 在闭区间

上连续

(2) 在开区间

上可导,

则至少存在一点

,使得

该定理的几何意义见下图:

而这个定理物理意义就是,至少存在某一时刻的瞬时速度与平均速度相等。

若在拉格朗日中值定理基础之上再加一个条件,就得到罗尔中值定理了。

罗尔中值定理:

设函数

满足以下三个条件:

  • (1)

    在闭区间

    上连续

  • (2)

    在开区间

    上可导

  • (3)

  • 则至少存在一点

    ,使得

把两者放在一起比较,可见罗尔中值定理是拉格朗日中值定理的特殊情况

拉格朗日中值定理是微分学中很多重要定理和方法的理论基础,在高等数学中占有重要的地位,北京的一座文化天桥上就选取了这个公式作为数学桥的标志,可见其在数学界举足轻重,犹如北斗之尊。

在专升本考试中,微分中值定理的地位也是尤为重要,每每出现在每年的压轴题上,下面来点考试干货。

今天的每日一题,动动手指做起来:

后记:利用中值定理做证明题,找准思路和设辅助函数是关键,若想熟练掌握,多练多总结,许多题型都有规律可循,任重但是道并不远!

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