费马引理

设函数f(x)在点x₀的某邻域U(x₀)内有定义，并且在x₀处可导，如果对任意的${\displaystyle x\in U(x_{0})}$ ，有

${\displaystyle f(x)\leq f(x_{0})}$ 或${\displaystyle f(x)\geq f(x_{0})}$ 

那么${\displaystyle f^{\prime }(x_{0})=0}$ 。

费马引理的一个推论是，函数f在定义域A内的最大值和最小值只能在边界上，不可导的点，或驻点取得。

假设${\displaystyle \displaystyle x_{0}}$ 是一个极大值（如果${\displaystyle \displaystyle x_{0}}$ 是极小值，证明亦类似）。那么存在一个${\displaystyle \delta >0}$ ，使得对于所有的${\displaystyle \displaystyle |x-x_{0}|<\delta }$ ，都有${\displaystyle f(x_{0})\geq f(x)\,}$ 。因此对于任何${\displaystyle h\in (0,\delta )}$ ，有：

${\displaystyle {\frac {f(x_{0}+h)-f(x_{0})}{h}}\leq 0.}$ 

由于当${\displaystyle \displaystyle h}$ 从上方趋于0时，这个比值的极限存在且为${\displaystyle \displaystyle f'(x_{0})}$ ，我们便有${\displaystyle f'(x_{0})\leq 0}$ 。另一方面，当${\displaystyle h\in (-\delta ,0)}$ 时，我们注意到：

${\displaystyle {\frac {f(x_{0}+h)-f(x_{0})}{h}}\geq 0}$ 

当${\displaystyle \displaystyle h}$ 从下方趋于0时，这个极限存在，且等于${\displaystyle \displaystyle f'(x_{0})}$ ，我们又有${\displaystyle f'(x_{0})\geq 0}$ 。

因此${\displaystyle \displaystyle f'(x_{0})=0}$ 。

• 罗尔定理
• 微分中值定理

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