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柯西中值

柯西中值定理微分學中的基本定理之一,它是對拉格朗日中值定理的推廣。該定理的表述和幾何意義如下:

定理表述:

設函式 ( f(x) ) 和 ( g(x) ) 滿足以下條件:

在閉區間 ( [a,b] ) 上連續;

在開區間 ( (a,b) ) 上可導;

( g'(x) ) 在 ( (a,b) ) 上不為零;

( g(a)
eq g(b) )。

則存在 ( \xi \in (a,b) ),使得

[ \frac{f(\xi)}{g(\xi)} = \frac{f(b) - f(a)}{g(b) - g(a)} ]

幾何意義:

柯西中值定理可以視為在參數方程下拉格朗日中值定理的表達形式。它表明,對於兩個端點之間的給定平面弧,至少有一個點,使曲線在該點的切線平行於兩端點所在的弦。具體來說,如果將 ( f ) 和 ( g ) 這兩個函式寫作以 ( x ) 為參量的參量方程 ( {u = g(x), v = f(x)} ),則在 ( uOv ) 平面上表示一段曲線。由於 ( \frac{f(b) - f(a)}{g(b) - g(a)} ) 表示連線該曲線兩端的弦的斜率,而 ( \frac{f'(\xi)}{g'(\xi)} ) 表示該曲線上的 ( x = \xi ) 相對應的一點處的切線的斜率,因此柯西中值定理表明至少存在一點 ( \xi ),使得該點的切線與弦互相平行。

套用:

柯西中值定理在數學分析中有廣泛的套用,特別是在解決涉及函式比值的問題時。它不僅提供了理論上的依據,也指導了解決實際問題的思路。例如,在證明某些中值等式時,可以通過柯西中值定理來推導和驗證。