羅爾中值定理是拉格朗日中值定理的一個特例。但是你知道嗎?我們也可以運用羅爾中值定理,證明拉格朗日中值定理,這裡要應用到三角形面積的行列式公式。問題是這樣的:
以S(x)記由(a,f(a)),(b,f(b)),(x,f(x))三點組成的三角形面積,試對S(x)應用羅爾中值定理證明拉格朗日中值定理.
分析:求由已知三點為頂點,組成的三角形面積,有一個行列式公式:
S(x)=|a, f(a), 1;b, f(b), 1;x, f(x), 1|,(其中元素間用逗号分隔,行與行間用分号分隔,下同)。
順便介紹一下這個公式是怎麼來的。如下圖:
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(正方形的面積減去三個三角形的面積),
化簡得: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,上圖中三點的順序不可更改,即x屬于[a,b]. 否則行列式的行就要交換位置,同時也會影響到後面的證明。
想要利用羅爾中值定理證明拉格朗日中值定理,就要假設S(x)符合羅爾中值定理。隻要f(x)在[a,b]上連續,在(a,b)上可導,那麼S(x)也就在[a,b]上連續,在(a,b)上可導。因為S(x)是由x和f(x)以及常數加減乘除四則運算得到的。即S(x)是一個初等函數。
又S(a)=S(b)=0。從而S(x)就符合羅爾中值定理的條件,即在(a,b)上存在一點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),這就是拉格朗日中值定理的一個變形公式,從而拉格朗日中值定理得證。
你體會到整個過程的精粹了嗎?請自行組織證明過程,你肯定會更加理解這個證明過程的。
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