Новая теорема

Теорема Лагранжа о среднем

Если функция непрерывна на отрезке и дифференцируема внутри, то найдётся точка с производной, равной средней скорости изменения.

Формулировка

Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a,b] и дифференцируема на интервале (a,b), то существует точка c ∈ (a,b) такая, что:

\[f'(c) = \frac{f(b) - f(a)}{b - a}\]

Геометрически: существует точка, где касательная параллельна хорде, соединяющей концы графика.

Доказательство

Рассмотрим вспомогательную функцию:

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

Функция g(x) непрерывна на [a,b], дифференцируема на (a,b) и g(a) = g(b) = 0. По теореме Ролля существует c ∈ (a,b), где g'(c) = 0.

\[g'(x) = f'(x) - \frac{f(b) - f(a)}{b - a}\] \[g'(c) = 0 \Rightarrow f'(c) = \frac{f(b) - f(a)}{b - a}\]

Следствия

1. Постоянная функция

Если f'(x) = 0 на интервале, то f(x) = const на этом интервале.

2. Монотонность

Если f'(x) > 0, то функция возрастает. Если f'(x) < 0, то убывает.

3. Оценка изменения

Если |f'(x)| ≤ M, то |f(b) - f(a)| ≤ M|b - a|.

Применения

Доказательство неравенств, нахождение экстремумов, анализ поведения функций, численные методы.