导数证明 / Rolle 定理
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三基详解 · 导数证明

Rolle 定理

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

Rolle 定理:若 f 在 [a,b] 连续、在 (a,b) 可导且 f(a)=f(b),则存在 ξ∈(a,b) 使 f′(ξ)=0。

C[a,b] → f(a)=f(b) → f′(ξ)=0

二、基本定理

条件与结论

定理的三个条件缺一不可;结论只保证至少存在一个内部点,不能指定 ξ 的具体位置。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 逐条验证连续、可导和端点值相等。
  2. 若题目目标不是直接的 f′=0,先构造辅助函数。
  3. 写出 ξ∈(a,b) 和由此得到的结论。

例题提示:f(x)=|x| 在 [−1,1] 不满足开区间可导条件,因此不能套 Rolle。

四、推广应用

综合题中的连接

可用于证明根的个数、导数零点存在和多项式根之间的关系。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:f(x)=|x| 在 [−1,1] 不满足开区间可导条件,因此不能套 Rolle。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

Rolle 定理:从定义到应用C[a,b]f(a)=f(b)f′(ξ)=0
Rolle 定理的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

基本求导

(xα)′=αxα−1
(ex)′=ex (ln x)′=1/x
(sin x)′=cos x (cos x)′=−sin x

条件:在定义域内求导。

场景:单调性、极值、切线和复合函数。

中值定理

Rolle:f(a)=f(b) ⇒ ∃ξ∈(a,b), f′(ξ)=0
Lagrange:f(b)−f(a)=f′(ξ)(b−a)

条件:闭区间连续、开区间可导;Rolle 还需端点值相等。

场景:存在性、估值、不等式证明。

Taylor 与估值

f(x)=Σk=0nf⁽ᵏ⁾(a)(x−a)ᵏ/k!+Rn

条件:区间内具有足够阶导数。

场景:证明不等式、控制误差和比较函数。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。