淺談由老司機(jī)飆車看中值定理

前言:本文是本人的一些淺薄見解,受水平限制,如有不當(dāng)或者缺漏之處,還望各位內(nèi)行指正補(bǔ)充。

讓我們一起愉快的飆車吧!



一位老司機(jī),名字叫羅爾,來到秋名山,喇叭嘀嘀嘀。

羅爾發(fā)車了。

秋名山重巒疊嶂,九曲回腸,就即便是羅爾這樣的老司機(jī),開起來也是心驚膽戰(zhàn),不過憑借著逆天般的車技,他還是到了終點(diǎn)。

望著一路上坡下坡,忽高忽低,他突然冒出來一個奇怪的念頭:“起點(diǎn)和終點(diǎn)是等高的,誒?好像無論我怎么上坡下坡,總有那么一個時候,我和起點(diǎn)終點(diǎn)都等高啊!而且,在最高和最低的地方,車身是平行于地平線的。”他很驚訝,但是很快就想明白了:“嗯,我這是汽車,不是潛地機(jī),也不是火箭,而起點(diǎn)和終點(diǎn)又是等高的,要在這路上走,必須是有升有降,才能到終點(diǎn),而且最高的,最低的地方,車身確實(shí)很平?!?/p>

羅爾一腳油門,繼續(xù)往前狂飆。

很不幸,他遇到了兩段很奇怪的道路。

一段路是一路上坡,結(jié)果在坡頂路消失了,取而代之的是下方很低的地方的一段路,“奶奶的,這路不連續(xù)也不給個標(biāo)識啊,坑死人了?!绷_爾的車劃過一道完美的拋物線狠狠的拍在了地上。

“呸!這破路,怎么斷開了?!避囎臃藥讉€滾,總算是正過來了,羅爾罵罵咧咧的繼續(xù)開車。

好景不長,前面又是一段及其詭異的路,上下坡的地方尖的像一把刀,可是此時別無選擇,羅爾一咬牙,一腳油門踩了下去,車子在“尖刀”上上上下下,等到出了秋名山的時候,他的車地盤已經(jīng)被扎了n個眼兒了。

羅爾懊惱的抱怨:“垃圾秋名山,老子再也不來飆車了,哎喲喂我的大奔喲!”

二號老司機(jī),綽號拉格朗,一腳油門踩,咔嚓撞斷樹。

拉格朗日并不害怕,他相信自己的技術(shù),一腳油門,車速很快提到了200碼。

果然是車神級的人物,拉格朗日開的比羅爾穩(wěn)的多,他放著搖滾開著車,好不愜意。突然,他也意識到了一個問題:“無論自己怎么加速減速,車速在180-220之間來回變動,總有那么一個時刻,他的車速等于這段路自己跑的平均速度?!彼屑?xì)想了想,沒錯,就是這樣,平均速度嘛,終歸是介于最低和最高時速之間的,從低速加到高速,從高速減到低速,都要經(jīng)過這個點(diǎn),哪怕只有一瞬間。

一個失神,他沒控制好方向,車子狠狠的撞在了樹上,樹斷了。拉格朗日的腦袋狠狠的懟在了方向盤上,他暈頭轉(zhuǎn)向的念叨著:“嗬,這次不行了,撞這一下子,找不到那個點(diǎn)嘍!速度變得太快了,瞬間就歸零了?!?/p>

三號老司機(jī),名字叫柯西,車穩(wěn)速度高,真是太流弊。

柯西開著車經(jīng)過,嘲諷到:“真菜,讓本座給你演示演示。”

柯西是個新晉車神,可他自己似乎不喜歡這個稱號,自封車魔,不過不得不說,他的車技也是非常棒的。

他非常順利的到達(dá)了終點(diǎn),在夕陽中抽起了雪茄。

但是他有個怪癖,喜歡查看行車記錄儀,他一邊抽煙,一邊看記錄儀,還順手把拉格朗日和羅爾的記錄儀要了過來。

看著看著,他的眉頭緊皺,似乎發(fā)現(xiàn)了什么不得了的事情。

他的腦海里迅速閃過一個念頭:“看了看三輛車的數(shù)據(jù)記錄,這也太妙了,在我選定的同樣時常的兩段路上,任意兩輛車的平均速度有那么一個比值,而兩輛車的瞬時速度之比,至少有那么一個等于這個值。不過,包含拉格朗日撞樹的那一段過程找不到這個點(diǎn),包含羅爾飛躍‘?dāng)嘌隆哪且欢蝺哼^程也找不到這樣的點(diǎn)?!?/p>

柯西滿意的晃了晃腦袋,拿著小本本記錄下來這個驚人的發(fā)現(xiàn)。

詮釋:

羅爾遇到的第一段路,就是正常的連續(xù)可導(dǎo)函數(shù),斜率和函數(shù)值均未發(fā)生突變。

第二段路則是斷崖一樣的,函數(shù)值在某個時間點(diǎn)突然改變(高度突然變低),屬于不連續(xù)函數(shù),于是他就翻車了。

第三段路是尖刀一樣了,把羅爾的車扎的滿目瘡痍。這就是不可導(dǎo)函數(shù)了(斜率突變),行駛的軌跡突然改變,好,這下也翻車了。

這就是傳說中的羅爾定理,在一段起點(diǎn)與終點(diǎn)函數(shù)值相等的函數(shù)曲線上,至少有一點(diǎn)的函數(shù)值和起點(diǎn)終點(diǎn)相同,而且至少有一點(diǎn)的斜率是0,但是,只適用于連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)(在給定區(qū)間內(nèi))。

拉格朗日遇到的第一段路,開的很穩(wěn),也是正常的連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)。

但是第二段路就慘了,他不小心撞到了樹,導(dǎo)致速度驟降為0,一瞬間,斜率改變了,函數(shù)變成了不可導(dǎo)函數(shù),他也“翻車了”

這是拉格朗日中值定理,即在一段函數(shù)曲線上,至少有那么一點(diǎn),該點(diǎn)的斜率等于起終點(diǎn)連線的斜率(就是文中的瞬時速度和平均速度),但是仍然只限于連續(xù)可導(dǎo)函數(shù),否則還是不成立。

對前兩種情況的圖像描述


柯西顯然精明的多,他沒有親自去試那些詭異的道路,而是調(diào)出了記錄儀。

他發(fā)現(xiàn)的,就是柯西中值定理了,對于兩個連續(xù)可導(dǎo)函數(shù),在給定區(qū)間,至少有那么兩點(diǎn),斜率之比等于兩段函數(shù)端點(diǎn)連線斜率之比。當(dāng)然,如果任意有一個或者兩個函數(shù)都不可導(dǎo)/不連續(xù),就足以搞砸這一切。

柯西定理的圖像描述
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