第五章 微分中值定理及其应用 — 例子

定义 极值 — 例子

例1:,。, 是极小值;, 是极大值。

例2: 在 处 ,但 不是极值点(函数单调递增)。

定义:定义 极值

定义 Taylor多项式 — 例子

例1: 在 处的3阶Taylor多项式:。

例2: 在 处的5阶Taylor多项式:。

定义:定义 Taylor多项式

定义 Taylor公式与余项 — 例子

例1:,Lagrange余项 ( 在0与 之间)。

例2:用 近似计算 :,误差 。

定义:定义 Taylor公式与余项

定义 凸函数 — 例子

例1: 是凸函数:(由 得证)。

例2: 是凹函数( 是凸函数),。

定义:定义 凸函数

定义 拐点 — 例子

例1:,。 时 (凹), 时 (凸),故 是拐点。

定义:定义 拐点

定义 曲率 — 例子

例1:圆 的曲率处处为 (曲率半径为 )。

例2:直线 的曲率为0()。

定义:定义 曲率

定理 Fermat引理 — 例子

例1: 在 处取极小值,,符合Fermat引理。

例2: 在 处取极大值1,。

定理:定理 Fermat引理

定理 Rolle定理 — 例子

例1: 在 上连续、可导,。由Rolle定理,存在 使 ,即 ,。

例2:证明 至多有一个实根。设 ,若有两个根 ,则 ,由Rolle定理存在 使 ,但 ,矛盾。

定理:定理 Rolle定理

定理 Lagrange中值定理 — 例子

例1:验证 在 上满足Lagrange中值定理。,。,令 ,。

例2:证明 。由Lagrange中值定理,,而 。

定理:定理 Lagrange中值定理

定理 导数为零的函数 — 例子

例1:(常数函数),,符合定理。

例2:若 在区间 上成立,则 。例如 的关系:,故 。

定理:定理 导数为零的函数

定理 一阶导数与单调性的关系 — 例子

例1:,,故 在 上严格单调递增。

例2:,。 时 (递增), 时 (递减)。

定理:定理 一阶导数与单调性的关系

定理 二阶导数与凸性的关系 — 例子

例1:,,由定理5.1.6, 是下凸函数。

例2:,,是下凸函数。,(),是上凸函数。

定理:定理 二阶导数与凸性的关系

定理 极值点的二阶导数判定 — 例子

例1:,,。 时 (极小值), 时 (极大值)。

例2:,,,二阶导数判定失效,需用其他方法( 是极小值)。

定理:定理 极值点的二阶导数判定

定理 Jensen不等式 — 例子

例1:对凸函数 ,,即 ,展开即 ,等价于 ✓

例2:对凸函数 ,(算术-几何平均不等式的特例)。

定理:定理 Jensen不等式

定理 Cauchy中值定理 — 例子

例1:, 在 上,由Cauchy中值定理,,,解得 ✓

定理:定理 Cauchy中值定理

定理 L’Hospital法则 — 例子

例1:( 型,L’Hospital法则)。

例2:( 型,L’Hospital法则)。

例3:( 型,转化为 后用L’Hospital法则)。

定理:定理 L’Hospital法则

定理 带Peano余项的Taylor公式 — 例子

例1:(,带Peano余项的Taylor公式)。

例2:(,带Peano余项的Taylor公式)。

定理:定理 带Peano余项的Taylor公式

定理 带Lagrange余项的Taylor公式 — 例子

例1:(带Lagrange余项的Taylor公式)。取 :()。

例2:用Taylor公式估计 :,误差 。

定理:定理 带Lagrange余项的Taylor公式

定理 插值多项式的余项定理 — 例子

例1:过 和 的线性插值 ,余项 。对 ,,,, ✓

定理:定理 插值多项式的余项定理

定理 插值多项式存在惟一性 — 例子

例1:过点 ,, 的2次插值多项式惟一存在。设 ,由条件解得 ,,。

定理:定理 插值多项式存在惟一性

定理 Taylor多项式导数 — 例子

例1: 的 阶Taylor多项式 ,。

定理:定理 Taylor多项式导数

定理 极值点判定定理 — 例子

例1:,。: 由正变负(极大值2);: 由负变正(极小值-2)。

定理:定理 极值点判定定理

定理 曲率公式 — 例子

例1:抛物线 在 处的曲率:,曲率半径 。

例2:椭圆 在顶点 处曲率 。

定理:定理 曲率公式