罗尔中值定理是拉格朗日中值定理的一个特例。但是你知道吗?我们也可以运用罗尔中值定理,证明拉格朗日中值定理,这里要应用到三角形面积的行列式公式。问题是这样的:
拉格朗日定理(拉格朗日定理的证明过程)
以S(x)记由(a,f(a)),(b,f(b)),(x,f(x))三点组成的三角形面积,试对S(x)应用罗尔中值定理证明拉格朗日中值定理.
分析:求由已知三点为顶点,组成的三角形面积,有一个行列式公式:
S(x)=|a,f(a),1;b,f(b),1;x,f(x),1|,(其中元素间用逗号分隔,行与行间用分号分隔,下同)。
顺便介绍一下这个公式是怎么来的。如下图:
S(x)=(f(x)-f(a))(b-a)-(f(x)-f(a))(x-a)/2-(f(b)-f(a))(b-a)/2-(f(x)-f(b))(b-x)/2(正方形的面积减去三个三角形的面积),
化简得:S(x)=(xf(a)-af(x)-bf(a)+af(b)+bf(x)-xf(b))/2
而行列式S(x)=(af(b)+xf(a)+bf(x)-xf(b)-af(x)-bf(a))/2,因此有上述的行列式公式。需要特别指出的是,上图中三点的顺序不可更改,即x属于[a,b].否则行列式的行就要交换位置,同时也会影响到后面的证明。
想要利用罗尔中值定理证明拉格朗日中值定理,就要假设S(x)符合罗尔中值定理。只要f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)上可导,那么S(x)也就在[a,b]上连续,在(a,b)上可导。因为S(x)是由x和f(x)以及常数加减乘除四则运算得到的。即S(x)是一个初等函数。
又S(a)=S(b)=0。从而S(x)就符合罗尔中值定理的条件,即在(a,b)上存在一点ξ,使得S’(ξ)=0.
又S‘(a)=|a,f(a),1;b,f(b),1;1,f(x),0|=|a,f(a),1;b-a,f(b)-f(a),0;1,f(x),0|
=(f(x)(b-a)-(f(b)-f(a)))/2.
所以S’(ξ)=(f(ξ)(b-a)-(f(b)-f(a)))/2=0.即有f(b)-f(a)=f(ξ)(b-a),这就是拉格朗日中值定理的一个变形公式,从而拉格朗日中值定理得证。
你体会到整个过程的精粹了吗?请自行组织证明过程,你肯定会更加理解这个证明过程的。
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