平均値の定理定理

1. 平均値の定理

関数f(x)f(x)が,axba \leq x \leq bで連続であり,a<x<ba < x < bで微分可能であれば十分,

{f(b)f(a)ba=f(c)a<c<b\begin{cases} \frac{f(b) - f(a)}{b - a} = f'(c) \\ a < c < b \end{cases}

を満たす実数ccが存在する.

2. 直感的な説明

平均値の定理は,グラフの 「平均の変化率(2点を結ぶ直線の傾き)」 と, 「瞬間的な変化率(接線の傾き)」 の関係を示す.

  1. 2点を結ぶ直線(弦): 左辺の f(b)f(a)ba\frac{f(b) - f(a)}{b - a} は,グラフ上の2点 (a,f(a))(a, f(a))(b,f(b))(b, f(b)) を結ぶ直線の傾きを表す.
  2. 接線の傾き: 右辺の f(c)f'(c) は,点 x=cx = c におけるグラフの接線の傾きを表す.

従って,この定理は「グラフが途切れることなく(連続),尖ったところがない(微分可能)なめらかな曲線であれば,2点を通る直線と平行になるような接線が,その間のどこか(少なくとも1箇所)に必ず引ける」ということを意味する.