1、第三章 微分中值定理与导数的应用本章内容是上一章的延续，主要是利用导数与微分这一方法来分析和研究函数的性质及其图形和各种形态，这一切的理论基础即为在微分学中占有重要地位的几个微分中值定理。在分析、论证过程中，中值定理有着广泛的应用。一、教学目标与基本要求（一）知识1.记住罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理的条件和结论；2.记住泰勒公式及其拉格朗日余项的表达式；3.记住 ex,sin(x),cos(x),ln(1+x),1/1+x 的 N 阶麦克劳林公式；4.知道极限的末定式及其常见的几种类型的求法；5.知道函数的极值点、驻点的定义以及它们之间的关系；6.知道曲线的凹凸性与拐点的定义；7.
2、知道弧微分的定义与弧微分公式；8.知道光滑曲线、曲率和曲率半径的定义；9.知道求方程的近似解的基本方法。（二）领会1.领会罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理，领会罗尔定理、拉格朗日中值定理的几何意义；2.领会罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理和泰勒中值定理之间的联系；3.领会洛必达法则；4.领会函数的单调性与一阶导数之间的联系；5.领会函数的极值与一、二阶导数之间的联系；6.领会函数的极值和最值的定义以及它们之间的区别和联系；7.领会曲线的凹凸性与二阶导数之间的联系。（三）运用1.会用中值定理证明等式和不等式；2.会用洛必达法则求末定式的极限；3.会求一些函数的泰勒公式和利用泰勒公
3、式求函数的极限及一些函数的近似值；4.会用导数求函数的单调区间和极值；5.会用函数的单调性证明不等式；6.会用导数判断函数图形的凹凸性和拐点；7.会求曲线的水平渐近线和铅直渐近线，会描绘函数的图形；8.会求一些最值应用问题；9.会求曲率和曲率半径；10.会用二分法和切线法求一些方程实根的近似值。（四）分析综合1.综合运用中值定理、介值定理和函数的单调性等证明方程实根的存在性和惟一性；2.综合运用中值定理、函数的最（极）值和凹凸性等方面的知识及构造性方法证明等式和不等式；3.综合运用洛必达法则，泰勒公式和其他方法求末定式的极限；4.综合运用函数的连续性、单调性、凹凸性和极值等方面的知识描绘函数的
4、图形。二：教学内容及学时分配根据教学实践，建议本章的教学课数可一般控制在 18 学时（含习题课）左右，各节的学时分配大致如下：第一节 微分中值定理 2-3 学时第二节 洛必达法则 2 学时第三节 泰勒公式 2 学时第四节 函数的单调性与曲线的凹凸性 2 学时第五节 函数的极值与最大值最小值 2-3 学时第六节 函数图形的描述 2 学时第七节 曲率 1 学时第八节 方程的近似解 1 学时（选讲）三：本章重点及难点1、 三个中值定理及泰勒公式2、 洛必达法则3、 函数的单调性，曲线的凹凸性与拐点4、 函数的极值概念及求法5、 函数的最值问题6、 函数图形的描绘7、 弧微分、曲率的概念及计算、曲率半
5、径四：本章教学内容的深化和拓宽 柯西中值定理的几何意义以及运用 洛必达法则 函数极值在实践中的运用五：教学方法及注意事项本章的内容比较多，要学好它，大家一定要抓住其中心内容和主要特点，对本章中的思想方法要融会贯通，加深理解。首先要掌握中值定理的条件和结论，它是本章内容的理论基础，它建立了导数通向应用的桥梁。中值定理无论是在理论研究中还是在实际应用中都具有十分重要的作用。其次要掌握中值定理证明的思想方法构造性证明方法。此方法是一个十分常用的数学思想方法，它不仅在中值定理的证明中，而且在不等式的证明，方程根的存在性及导数的应用中都具有广泛的应用，它为我们提供了求未定型的极限的一种重要方法，大家一定
6、要将前面所介绍过的求极限的方法与洛必达法则结合起来，融会贯通，真正掌握和灵活使用洛必达法则。第四要熟悉和掌握导数的应用。利用导数可以研究函数的单调性和极值，最值，曲线的凹凸性和拐点等，对它们的研究，最基本的方法是用它们的定义和判定定理，这是很重要的。要注意所研究的问题与导数之间的联系，并加以比较。导数的应用问题的求法比较规范，步骤明确，简单易懂，但在求解过程中要特别注意列表法的使用。注意要点：1 罗尔定理、拉格朗日定理、柯西中值定理的条件与结论中的共同点与不同点，并且知道它们之间的关系；罗尔定理是拉格朗日定理的特例；拉格朗日定理又是柯西中值定理的特例。2 注意罗尔、拉格朗日、柯西中值定理的中值
7、定理的中值点是开区间内的某一点，而非区间内的任意点或指定一点，换言之，这三个中值定理都仅“定性”地指出了中值点的存在性，而非“定量”地指明的具体数值。3 结合这三个中值定理在本节中的应用以及在以后各章节的应用，反复体会这些定理在微积分学的意义与作用。3.1 中值定理一：内容要点1费马引理: f(x)在 x0 可导，且在某个领域 U(x0)内 1.0()!nnfxo.0 0()()()()fxffx或2中值定理：罗尔中值定理： 且 f(a)=f(b),CabD,使得()()0.f拉格朗日中值定理： ，,(,)fCabD(,)ab使得 .ff柯西中值定理： ,(,)(0(,)fggx且使得 ).f
8、baf3推论 ()0fx)(IfxC()I二：教学要求和学习注意点教学要求：理解费尔马引理和拉格朗日中值定理并了解柯西中值定理。1. 会用中值定理证明简单的不等式和证明方程解的存在性。学习注意点：1. 要注意罗尔、拉格朗日、柯西中值定理的条件与结论中的共同点与不同点，并且知道它们之间的关系：罗尔定理是拉格朗日定理的特例；拉格朗日定理又是柯西定理的特例。2. 要注意罗尔、拉格朗日、柯西中值定理的中值点 是开区间（a,b）内的某一点，而非区间内的任意点或指定一点。换言之，这三个中值定理都仅“定性“地指出了中值点 的存在性，而非”定量“地指明 的具体数值。3. 要结合这三个中值定理在本节中的应用以及
9、在以后章节中的应用，反复体会这些定理在微积分学中意义与作用。三、作业 同步训练习题 17主要内容： 本节将运用微分学的两个基本定理，这些定理是研究函数在区间上整体性质的省力工具，为此，先介绍 Rollo 定理：Rollo 定理：若函数 f(x) 满足：（ i）f(x) 在 a,b 上连续；（ii ）f(x) 在（a,b）可导， （iii）f(a) =f(b), 则在（a,b ）内至少存在一点，使得 f ( )=0.证明：由（i）知 f(x)在a,b上连续，故 f(x)在上必能得最大值 M 和最小值 m，此时，又有二种情况：（1） M=m，即 f(x)在a,b上得最大值和最小值相等，从而知，此时
10、 f(x)为常数：f(x) M=m，0，因此，可知 为（a,b）内任一点，都有 f ( )0。)(xf（2） Mm,此时 M 和 m 之中，必有一个不等于 f(a)或 f(b)，不妨设 M f(a)（对 m f(a)同理证明） ，这时必然在（a,b）内存在一点 ，使得 f( )=M,即 f(x)在 点得最大值。下面来证明：f ()=0首先由（ii）知 f ( )是存在的，由定义知：f ( )= .(*) xMfxfx )(lim)(li因为 为最大值， 对 有 f(x) M f(x)M 0,M当 x 时，有 0xMfxf)()(当 x0） 。nxlim解： 。01lilili1 nxnxnx【
11、例 5】 求 ， （n 为正整数， ） 。xelim解： 。0!lim)1(lilili 21 xnxxnxxnx ee 注 1：例 5中的 可推广到任意正数；2：例 4例 5说明当 时， 都是无穷大量，但 较 高阶，x )0,(ln,xex xen较 高阶，不妨用以下记号表示： 。nxl 【例 6】 能否用 法则？xxsinlimHospitalL解：若用 法则，则有HoptalL不存在， 但 。xxx cos1lisinli 10sin1limsinli xxx这说明对本题 法则不适合，这是为什么？这是因为定理的第三个条件不满足。HpitalL【例 7】 （ 型 ） 。)0(lnim0xxxln1,
