在实分析中,达布定理()得名于让·加斯东·达布。达布定理说明所有实函数的导数都具有介值性质:实导函数对任意区间的值域仍是区间。即,若f为可导函数,则对任意区间I,f'(I) 仍为区间。
当函数 f 是一阶连续可导函数时,由介值定理,达布定理显然成立。当导函数 f' 不连续时,达布定理说明 f' 仍具有介值性质。
内容
设f\colon [a,b]\to \R为闭区间[a,b]上的可导实函数,那么对介于f'(a)和f'(b)之间的任意y,存在x \in [a,b]使得f'(x) = y。
证明
不失一般性,可假设f\,'_{+}(a) > y > f\,'_{-}(b)。又设g(x):= f(x)-tx,则 g'_{+}(a) > 0 > g'_{-}(b)。只需找到g'在[a,b]上的一个零点即可。
由于g是[a,b]上的连续函数,由極值定理,g在[a,b]上达到极大值。由于g'_{+}(a) > 0,极大值不在a处取到。同理,由于g'_{-}(b) ,极大值也不在b处取到。设x为取到极大值的点,这时,g\,'(x) = 0。于是定理得证。
历史
19世纪时,大部分数学家认为介值定理已经可以刻畫出连续函数。但在1875年,让·加斯东·达布证明这个想法是错误的,因为连续函数的导函数仍然具有介值性质,但不一定是连续函数。一个很常用的反例是拓扑学家正弦曲线函数:
:x \mapsto \begin{cases}\sin(1/x) & x\ne 0\text{时 }, \\
0 & x=0\text{时 } . \end{cases}
其导数在 x=0 处并不连续。
参考资料
*万丽 , 李少琪 , 阎庆旭,《微分达布(Darboux)定理的几种新证法及其推广》,《数学的实践与认识》2003年11期
*潘继斌,《达布(Darboux)定理及其应用》,《湖北师范学院学报(自然科学版)》2000年01期
外部链接
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