达布定理

✍ dations ◷ 2025-07-06 11:46:08 #实分析,微分学,微积分定理,连续映射

在实分析中,达布定理(英语:Darboux's theorem)得名于让·加斯东·达布。达布定理说明所有的实导函数(是某个实值函数的导数的函数)都具有介值性质:任一个区间关于实导函数的值域仍是区间。即是说,若 为可导函数,则对任意区间I,(I) 仍为区间。

当函数 是一阶连续可导函数(1)时,由介值定理,达布定理显然成立。当导函数 不连续时,达布定理说明 仍具有介值性质。

19世纪时,大部分数学家认为介值定理已经可以刻画出连续函数。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函数:

其导数在0处并不连续。

达布定理等价于:设  : → R 为一个 上的实值可导函数,并在 上可导,那么 f {\displaystyle f\,'} ,存在 属于 (,) 使得 f ( x ) = t {\displaystyle f\,'(x)=t} () := () - ,则 g + ( a ) > 0 > g ( b ) {\displaystyle g'_{+}(a)>0>g'_{-}(b)} ,] 上的一个零点即可。

由于 是 上的连续函数,由极值定理, 在 上达到极大值。由于 g + ( a ) > 0 {\displaystyle g'_{+}(a)>0} 处取到。同理,由于 g ( b ) < 0 {\displaystyle g'_{-}(b)<0} 处取到。设 为取到极大值的点,这时, g ( x ) = 0 {\displaystyle g\,'(x)=0} 。于是定理得证。

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