Differensial hisobning asosiy teoremalari va tatbiqlari

3. Lagranj teoremasi
Teorema (Lagranj teoremasi). Agar f(x) funksiya [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) da chekli f’(x) hosila mavjud bo‘lsa, u holda (a,b) da kamida bitta shunday c nuqta mavjud bo‘lib,
(1.1)
tenglik o‘rinli bo‘ladi.
Isbot. Quyidagi yordamchi funksiyani tuzib olamiz:

Bu F(x) funksiyani [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) da hosilaga ega bo‘lgan f(x) va x funksiyalarning chiziqli kombinatsiyasi sifatida qarash mumkin. Bundan F(x) funksiyaning [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) da hosilaga ega ekanligi kelib chiqadi. Shuningdek
F(a)= F(b)=0,
demak F(x) funksiya Roll teoremasining barcha shartlarini qanoatlantiradi.
Demak, Roll teoremasiga ko‘ra (a,b) intervalda kamida bitta shunday s nuqta mavjud bo‘ladiki, F’(c)0 bo‘ladi.
Shunday qilib,

va bundan esa isbot qilinishi kerak bo‘lgan (1) formula kelib chiqadi. Teorema isbot bo‘ldi.
(1.1) formulani ba’zida Lagranj formulasi deb ham yuritiladi. Bu formula
f (b)-f(a)=f’(c)(b-a) (1.2)
ko‘rinishda ham yoziladi.
Endi Lagranj teoremasining geometrik ma’nosiga to‘xtalamiz. f(x) funksiya Lagranj teoremasining shartlarini qanoatlantirsin deylik (21-rasm). Funksiya grafigining A(a;f(a)), B(b;f(b)) nuqtalar orqali kesuvchi o‘tkazamiz, uning burchak koeffitsienti
bo‘ladi.
21-rasm
Hosilaning geometrik ma’nosiga binoan f’(c) - bu f(x) funksiya grafigiga uning (s;f(s)) nuqtasida o‘tkazilgan urinmaning burchak koeffitsienti: tg=f’(c) Demak, (1.1) formula (a,b) intervalda kamida bitta shunday c nuqta mavjudligini ko‘rsatadiki, f(x) funksiya grafigiga (c;f(c)) nuqtada o‘tkazilgan urinma AB kesuvchiga paralell bo‘ladi.
Isbot qilingan (1.1) formulani boshqacha ko‘rinishda ham yozish mumkin. Buning uchun a tengsizliklarni e’tiborga olib, belgilash kiritamiz, u holda c=a+(b-a), 0<<1 bo‘lishi ravshan. Natijada (1) formula ushbu f(b) - f(a) = f’(a+(b-a))(b-a) ko‘rinishga keladi.
Agar (1) formulada a=x₀; b=x₀+x almashtirishlar bajarsak, u
f(x₀+x)-f(x₀)=f’(c)x (1.3)
bu erda x_{0 0}+x, ko‘rinishga keladi. Bu formula argument orttirmasi bilan funksiya orttirmasini bog‘laydi, shu sababli (1.3) formula chekli orttirmalar formulasi deb ataladi.
Agar (1.1) Lagranj formulasida f(a)=f(b) deb olsak, Roll teoremasi kelib chiqadi, ya’ni Roll teoremasi Lagranj teoremasining xususiy holi ekan.
Misol. Ushbu [0,2] kesmada f(x)=4x³-5x²+x-2 funksiya uchun Lagranj formulasidagi c ning qiymatini toping.
Yechish. funksiyaning kesma uchlaridagi qiymatlarini va hosilasini hisoblaymiz: f(0)=-2; f(2)=12; f’(x)=12x²-10x+1. Olingan natijalarni Lagranj formulasiga qo‘yamiz, natijada
12-(-2)=( 12c²-10c+1)(2-0) yoki 6c²-5c-3=0 kvadrat tenglamani hosil qilamiz. Bu tenglamani yechamiz: c_1,2= . Topilgan ildizlardan faqat qaralayotgan kesmaga tegishli. Demak, c= ekan.
Lagranj teoremasi o‘z navbatida quyidagi teoremaning xususiy holi bo‘ladi.