background image

 

 

 

Twierdzenie Rolle’a 

 

[ ]

(

)

( )

(

)

( ) ( )

b

f

a

f

b

a

D

f

b

a

C

f

=

,

,

 

 

Dowód twierdzenia Rolle’a 

 

z twierdzenia Weierstrass’a (o osi ganiu kresów) mamy 

[ ]

(

)

[ ]

( )

[ ]

[ ]

( )

[ ]

[

]

=

=

b

a

f

x

f

b

a

f

x

f

b

a

x

x

b

a

C

f

,

sup

,

inf

:

,

,

,

2

1

2

1

 

co inaczej mo na zapisa  jako 

[ ]

(

)

[ ]

( ) ( ) ( )

2

1

,

,

x

f

x

f

x

f

b

a

C

f

b

a

x

 

rozwa my teraz dwa przypadki 
I. 

( ) ( )

0

2

1

=

f

const

f

x

f

x

f

 

II. 

( ) ( )

( )

( )

b

a

x

b

a

x

x

f

x

f

,

,

2

1

2

1

<

 

nie stracimy na ogólno ci je li zało ymy,  e 

( )

b

a

x

,

1

 

wiemy,  e 

( )

(

)

b

a

D

f

,

 

wynika z tego,  e 

( )

1

x

 

( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( )

( )

0

0

lim

0

lim

lim

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

=

=

+

x

f

x

x

x

f

x

f

x

x

x

f

x

f

x

x

x

f

x

f

x

f

x

f

x

x

x

x

x

x

 

 

 

 

 

( ) ( )

0

:

,

=

c

f

b

a

c

 

background image

 

 

Twierdzenie o warto ci  redniej  (twierdzenie Lagrange’a) 

 

[ ]

(

)

( )

(

)

( ) ( )

( ) ( )

a

b

a

f

b

f

c

f

b

a

c

b

a

D

f

b

a

C

f

=

:

,

,

,

 

 

Prosta 

s

 to styczna do wykresu funkcji w punkcie styczno ci 

c

, a prosta 

p

 ł czy ze sob  punkty 

( )

(

)

a

f

a,

 oraz 

( )

(

)

b

f

b,

 

Wtedy obie proste wyra aj  si  nast puj cymi wzorami 

 

( ) ( ) ( )(

)

( )

( )(

)

c

x

c

f

c

f

y

s

a

x

a

b

a

f

b

f

a

f

y

p

+

=

+

=

:

:

 

 
Z tw. Lagrange’a wynika,  e  

II 

p

 . 

 

 

Dowód twierdzenia Lagrange’a 

 
W celu ułatwienia dowodu, tworzymy funkcj  

ϕ

, która b dzie nawi zywała do sytuacji 

poprzedniej (twierdzenia Rolle’a). 

 

( )

( ) ( ) ( ) ( )(

)

[ ]

(

)

( )

(

)

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )

(

)

( ) ( )

0

:

,

0

0

,

,

:

'

.

=

=

=

=

=

=

c

b

a

c

a

f

b

f

a

f

b

f

b

a

f

a

f

a

b

a

D

b

a

C

a

t

a

b

a

f

b

f

a

f

t

f

t

a

Rolle

tw

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

 

( )

( )

( ) ( ) ( )

( )

( ) ( ) ( )

( )

( )

( ) ( )

a

b

a

f

b

f

c

f

c

a

b

a

f

b

f

c

f

c

a

b

a

f

b

f

t

f

t

b

a

t

=

=

=

=

0

,

ϕ

ϕ

ϕ

 

 

background image

 

 

 

Zapiszmy w innej postaci wzór Lagrange’a 

( ) ( )

( )(

)

a

b

c

f

a

f

b

f

+

=

 

( )

( )

(

)

a

b

a

c

b

a

c

+

=

θ

θ

:

1

,

0

,

 

przyjmijmy,  e 

=

=

b

x

a

x

:

:

0

 

 

wtedy: 

( )

(

)

( )

1

,

0

,

0

0

0

+

=

θ

θ

x

x

x

c

x

x

c

 

 

ów wzór Lagrange’a przyjmuje posta : 

( ) ( )

(

)

(

)

[

]

(

)

( )

1

,

0

0

0

0

0

+

+

=

θ

θ

x

x

x

x

x

f

x

f

x

f

 

 
je li 

0

x

x

 to z twierdzenia Lagrange’a mamy: 

(

) ( )

( ) ( )

( ) ( )

0

0

0

0

0

:

,

x

x

x

f

x

f

x

x

x

f

x

f

c

f

x

x

c

=

=

 

 

wynika z tego,  e nie ma znaczenia czy rozwa amy przedział 

[

]

x

,

0

 czy 

[

]

0

x

x

; wzór pozostaje ten 

sam. 

 

 

Wniosek (o monotoniczno ci funkcji) 

 
Niech 

( )

(

)

b

a

D

f

,

, wtedy: 

(1) 

f

f

′ 0

 jest rosn ca 

(2) 

f

f

>

′ 0

 jest silnie rosn ca 

(3) 

const

f

f

=

=

′ 0

 

 

 

 

Dowód 
Ad (1).  

( )

  Niech 

( )

b

a

y

x

,

,

y

x

<

 

Wtedy na podstawie tw. Lagrange’a: 

          

( ) ( ) ( )

( )

0

:

,

=

c

f

x

y

x

f

y

f

y

x

c

czyli: 

( ) ( )

x

f

y

f

 

( )

 

( ) ( )

x

f

y

f

, gdy  

( )

( ) ( )

0

lim

=

>

+

x

y

x

f

y

f

x

f

x

y

x

y

 

 
Ad (2).  Analogicznie jak dowód implikacji 

( )

 w (1). 

background image

 

 
Ad (3).  Z (1) wynika,  e funkcje  

  i  

-f

  s  rosn ce, czyli  

 jest rosn ca i malej ca, wi c jest 

stała. 

 

 

Uwaga 

Wniosek ten zachodzi, gdy dziedzina funkcji jest przedziałem. 

 

Przykład 
Niech 

( )

tgx

x

f

=

.  Wtedy  

( )

0

cos

1

:

2

>

=

x

x

f

D

x

f

a jednak: 

( ) ( )

π

π

4

1

4

3

f

f

<

 

 funkcja  

f

  nie jest rosn ca. 

Jest ona rosn ca jedynie w ka dym z  przedziałów 

+

+

π

π

π

π

k

k

2

,

2

Z

k

 

tworz cych dziedzin . 

 

 

Uwaga 

Implikacji (2) w powy szym wniosku nie mo na odwróci . 

 

Przykład 
Funkcja

( )

3

x

x

f

=

  jest silnie rosn ca, bo 

( ) ( )

2

1

,

,

2

1

2

1

x

f

x

f

x

x

D

x

x

<

<

 

jednak   

( )

0

:

=

x

f

D

x

f

 

z czego wynika,  e implikacji (2) nie mo emy odwróci . 

 

 

Twierdzenie Cauchy’ego (o przyrostach) 

 

[ ]

(

)

( )

(

)

( )

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )

( )

( )

c

g

c

f

a

g

b

g

a

f

b

f

b

a

c

x

g

b

a

D

g

f

b

a

C

g

f

b

a

x

=

:

,

0

,

,

,

,

,

 

 

 

Dowód 

( ) ( )

( )

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

(

)

[ ]

(

)

( )

(

)

( )

( )

( ) ( )

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( )

( )

( ) ( )

( ) ( )

a

g

b

g

a

f

b

f

c

g

c

f

x

g

a

g

b

g

a

f

b

f

x

f

x

c

b

a

c

b

a

b

a

D

b

a

C

a

g

x

g

a

g

b

g

a

f

b

f

a

f

x

f

t

a

g

b

g

g

a

Rolle

tw

a

Rolle

tw

=

=

=

=

=

=

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

0

:

,

0

,

,

,

:

0

'

.

'

.

 

 

background image

 

 

Uwaga 

[ ]

=

b

a

Id

g

,

wzór Cauchy’ego sprowadza si  do wzoru Lagrange’a 

 

 

 

 

opracował Paweł Sztur