Кіріспе

Нақты дифференциалданатын функцияның екі тең мәні арасындағы стационарлық нүктелер туралы. Есептеулерде Роль теоремасы немесе Роль леммасы, екі әртүрлі нүктеде бірдей мәнге ие болатын кез келген нақты мәнді дифференциалданатын функцияның, олардың арасында кем дегенде бір стационарлық нүктесі болуы керек екенін көрсетеді – яғни, функция графигіне жүргізілген жанасу сызығының еңісі нөлге тең болатын нүкте. Бұл теорема Мишель Рольдың есімімен аталады.

Тарих

Теорема Мишель Рольдің есімімен аталғанымен, Рольдің 1691 жылғы дәлелі тек полиномдық функциялардың жағдайын қамтыды. Оның дәлелінде дифференциалдық есептеу әдістері қолданылмады, себебі ол өмірінің сол кезеңінде оларды жаңылыс деп есептеген. Теореманы алғаш рет Коши 1823 жылы орташа мән теоремасын дәлелдеудің салдары ретінде дәлелдеді. "Роль теоремасы" деген атауды алғаш рет 1834 жылы Германиядан Мориц Вильгельм Дробиш және 1846 жылы Италиядан Джусто Беллавитис қолданды.

Екінші мысал

Егер интервалдың ішкі нүктесінде туындылық болмаса, Роль теоремасының қорытындысы орындалмауы мүмкін. Абсолют шама функциясын қарастырайық. Онда 1=f(−1) = f(1), бірақ f′(c) нөлге тең болатын -1 мен 1 аралығында c жоқ. Өйткені бұл функция үзділіс болғанымен, 1=x = 0 нүктесінде туындыланбайды. f функциясының туындысы 1=x = 0 нүктесінде таңбасын өзгертеді, бірақ 0 мәніне ие болмайды. Теореманы осы функцияға қолдануға болмайды, себебі ол функцияның ашық аралықтағы әр x үшін туындыланатыны талабын қанағаттандырмайды. Алайда, Роль теоремасынан туындылық талабы алынғанда, f ашық аралықта сындық нүктеге ие болады, бірақ ол көлденең жанаманың болуын қамтамасыз етпейді (суретте көрсетілген абсолют шама мысалындағыдай).

Дәлел

Дәлелдеу математикалық индукцияны қолданады. 1=n = 1 жағдайы – Роль теоремасының стандартты түрі. n > 1 үшін, индукциялық гипотеза ретінде жалпылау n-1 үшін дұрыс деп қабылдаймыз. Біз оны n үшін дәлелдеуіміз керек. f функциясы теореманың шарттарын қанағаттандырады деп есептейік. Роль теоремасының стандартты түріне сәйкес, 1-ден n-ге дейінгі әрбір k бүтін саны үшін, ашық аралықта 1=f′(ck) = 0 болатын ck нүктесі бар. Осылайша, бірінші туынды n − 1 жабық аралықтардағы [c1, c2], …, [cn−1, cn] шарттарын қанағаттандырады. Индукциялық гипотеза бойынша, f′ функциясының (n − 1)-ші туындысы c нүктесінде нөлге тең болатын c нүктесі бар.

Басқа салаларға жалпылау

Ролл теоремасы – нақты сандардағы дифференциалданатын функциялардың қасиеті, олар реттелген өріс болып табылады. Сондықтан, ол басқа өрістерге жалпыланбайды, бірақ келесі салдар қолданылады: егер нақты көпмүше (барлық түбірлерімен) нақты сандарда жіктелсе, онда оның туындысы да жіктеледі. Бұл қасиетті Ролл қасиеті деп атауға болады. Көбінесе өрістерде дифференциалданатын функциялар болмайды, бірақ оларда символды түрде дифференциалдауға болатын көпмүшелер болады. Сол сияқты, көбінесе өрістерде реттелу қажеттілігі болмайды, бірақ көпмүшенің түбірі өрісте жататындығы туралы түсінік бар. Осылайша, Ролл теоремасы нақты сандардың Ролл қасиетіне ие екенін көрсетеді. Кез келген алгебралық жабық өріс, мысалы, кешенді сандар Ролл қасиетіне ие. Дегенмен, рационалды сандар ие болмайды – мысалы, 1 = x³ − x = x(x − 1)(x + 1) рационалдарға жіктеледі, бірақ оның туындысы жіктелмейді. Қай өрістер Ролл қасиетін қанағаттандырады деген сұрақ қойылды. Шектелген өрістер үшін, жауап – тек F² және F⁴ ғана Ролл қасиетіне ие. Кешенді нұсқасы үшін Voorhoeve индексіне қараңыз.