N 个零点的函数,一定至少有 N1 个驻点吗?

一、前言 前言 - 荒原之梦

根据罗尔定理可知,如果函数 f(x) 满足在闭区间 [a,b] 上连续;在开区间 (a,b) 内可微分;在区间端点处的函数值相等,即 f(a)=f(b), 则至少有一个点 ξ(a,b), 使得 f(ξ)=0, 也就是说,ξ 就是函数 f(x) 的一个驻点。

那么,如果,f(a)=f(b)=0, 也就是函数 f(x) 与坐标轴的 X 轴存在两个交点 ab 的时候,是否就意味着在区间 (a,b) 上一定会存在至少一个函数 f(x) 的驻点呢?

在本文中,「荒原之梦考研数学」将为同学们深入图解这一问题。

二、正文 正文 - 荒原之梦

虽然在一些常见的函数上,零点和驻点总是相伴存在,但是,严格地说,零点和驻点之间并不存在绝对的联系。

零点之间存在驻点

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 01.
图 01.

如果在零点之间,函数的连续性和可微性都满足罗尔定理,那么,零点之间就会存在至少一个驻点,如下面的图 02 和图 03 所示:

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 02.
图 02. 函数 y=cosx 在区间 [3.9,3.9] 上的函数图像,可以看到,在两个零点 ab 之间,存在一个零点 x1.
有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 03.
图 03. 函数 y=xsinx+1 在区间 [3.9,3.9] 上的函数图像,可以看到,在两个零点 ab 之间,存在三个零点 x1, x2, x3.

有零点但无驻点

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 04.
图 04.

如果在零点之间,函数满足连续性,但不满足可微性,则零点之间一般不存在驻点,如图 05 所示:

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 05.
图 05. 函数 y = {   x+3,x(,2]0.25x+0.5,x(2,0]   0.25x+0.5,x(0,2]x+3,x(2,+) 在区间 [3.9,3.9] 上的函数图像,可以看到,在两个零点 ab 之间,并不存在驻点,其中 α1, α2α3 这三个点只是该函数的极值点,而非驻点.
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有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 06.
图 06.

而如果在零点之间,函数的连续性和可微性都不满足,则零点之间一般也不存在驻点,如图 07 所示:

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 07.
图 07. 函数 y = {x+3,x(,2]x+1,x(2,0]x1,x(0,2]x3,x(2,+) 在区间 [3.9,3.9] 上的函数图像,可以看到,在零点 a, b, c, d 之间并不存在任何驻点.

有驻点但无零点

图 08.

当然,零点和驻点之间比不是必然相互依存的关系,在没有零点的情况下,函数也可能存在驻点,如图 09 所示:

有 N 个零点的函数,一定至少有 N-1 个驻点吗?| 荒原之梦考研数学 | 图 08.
图 09. 函数 y=|cosx|+1 在区间 [3.9,3.9] 上的函数图像,可以看到,存在三个驻点 x1, x2x3 以及两个极小值点 α1α2, 但是不存在任何零点.

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