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과학

롤의 정리

롤의 정리과학
영문명
Rolle's theorem
끝점 조건
f(a)=f(b)
연속 조건
닫힌구간 [a,b]
결론
a<c<b에서 f′(c)=0
롤의 정리는 닫힌구간 [a,b]에서 연속이고 열린구간 (a,b)에서 미분 가능한 함수가 f(a)=f(b)를 만족하면 내부 어딘가에 도함수가 0인 점이 있다는 정리다. 여기서 a<b다.

수평한 접선의 존재

양 끝 높이가 같으면 전체 평균변화율은 0이다. 함수가 필요한 연속성과 미분 가능성을 만족하면 내부에서 순간변화율도 0이 되는 점이 적어도 하나 있다. 그래프에서는 수평한 접선을 갖는 점으로 해석할 수 있다.

이차함수의 예

f(x)=x²을 [−1,1]에서 보면 양 끝 값이 모두 1이다. 도함수 2x는 c=0에서 0이 되어 정리의 결론을 확인할 수 있다. 해당 점이 반드시 구간의 산술적 중간점이어야 한다는 일반 결론은 아니다.

모든 점의 기울기가 0은 아니다

롤의 정리는 적어도 한 내부점의 존재를 말한다. 함수가 구간 전체에서 상수라는 뜻은 아니다. x²의 예에서도 0 이외의 내부점에서는 도함수가 0이 아니다.

미분 조건의 필요성

f(x)=|x|는 [−1,1]에서 연속이고 양 끝 값도 같지만 0에서 미분 가능하지 않다. 다른 내부점의 도함수는 −1 또는 1이므로 0인 곳이 없다. 열린구간 전체에서 미분 가능하다는 조건을 빼면 결론을 보장하지 못한다.

관련 문서

평균값 정리 / 도함수 / 미분계수 / 연속함수 / 평균변화율 / 절댓값 함수 / 구간 (수학)