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Rolleの定理

もう10年くらいチロルチョコを食べてない.

当サイトでは述語論理の記述を多用します。
一般の書籍・論文ではあまり見られない記号を使用する場合もありますので、 本サイトで使用する数学記号 を参照しながらご覧ください。

Rolleの定理

定理1. Rolleの定理

\((a,b)\) で微分可能な任意の連続関数 \(f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}\) について

\[ f(a)=f(b)\Longrightarrow\exists \ c\in(a,b)\ (f'(c)=0) \]

定理の証明

補題1. 極値と微分係数

任意の開区間 \(I\subseteq\mathbb{R}\) および \(c\in I\) で微分可能な関数 \(f:I\rightarrow\mathbb{R}\) について

\[ f(c)=\max_{x\in I}f(x)\vee f(c)=\min_{x\in I}f(x) \Longrightarrow f'(c)=0 \]

定理1の証明

\((a,b)\) で微分可能な任意の連続関数 \(f:[a,b]\rightarrow\mathbb{R}\) を考える.

  1. \[f(a)=f(b)=\min_{x\in I}f(x)\]

    のとき

    \[f(c)=\max_{x\in I}f(x)\]

    を満足する \(c\in (a,b)\) が存在し, 補題1より

    \[f'(c)=0\]
  2. \[f(a)=f(b)\neq \min_{x\in I}f(x)\]

    のとき

    \[f(c)=\min_{x\in I}f(x)\]

    を満足する \(c\in (a,b)\) が存在し, 補題1より

    \[f'(c)=0\]

以上より, 定理1は示された.