قضیه مقدار میانگین: برای هر تابعی که در بازه [*a*, *b*] پیوسته و در (*a*, *b*) مشتق‌پذیر باشد، حداقل یک نقطه مانند *c* در بازه (*a*, *b*) وجود دارد بطوریکه **شیب** خط واصل دو نقطه [*a*, *b*] موازی با **مماس** بر تابع در نقطه *c* باشد.
**قضیه مقدار میانگین** یا قضیه لاگرانژ (برای توابع پیوسته) از مهم‌ترین قضایای حساب دیفرانسیل و انتگرال و آنالیز حقیقی است. قضیه‌ای با نام مشابه برای انتگرال‌ها وجود دارد.

معرفی
-----

در حساب دیفرانسیل و انتگرال کمتر قضیه‌ای به اندازه قضیه مقدار میانگین و تعمیمهایش کارساز است و حتی بعضی آن را مهم‌ترین قضیه حساب دیفرانسیل و انتگرال می‌دانند.

صورت این قضیه چنان ساده است که ممکن است در نگاه اول متوجه اهمیت نتایج فراوان آن نشوید. این قضیه، ریاضیات لازم را برای برآورد کردن مقدار خطای ناشی از تقریب زدن خطی در اختیار ما می‌گذارد و به‌وسیله آن می‌توان آزمون مشتق اول برای صعودی و نزولی بودن را توجیه کرد. اولین قدم برای درک این قضیه، دانستن صورت اولیه آن یعنی قضیه رل است.

قضیه مقدار میانگین
------------------

در حقیقت این قضیه صورتی کلی‌تر از قضیه رُل را به ما نشان می‌دهد.

قضیه مقدار میانگینهرگاه f تابعی پیوسته در بازه [a،b] و مشتق‌پذیر در بازه (a،b) باشد، آنگاه حداقل یک نقطه چون (c∈(a،b موجود است که:

f^{\prime }(c)={\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}

### برهان

تابع \Phi (x)=f(x)-\eta x را در نظر می‌گیریم که در آن \eta  عددی ثابت است. تابع \Phi  در بازه[a،b] پیوسته و در (a،b) مشتق‌پذیر است.

حال \eta  را به گونه‌ای تعریف می‌کنیم که \Phi (a)=\Phi (b) در این صورت باید داشته باشیم:

\Phi (a)=f(a)-\eta a=f(b)-\eta b=\Phi (b)

پس

\eta ={\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}

پس تابع

\Phi (x)=f(x)-\left({\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}\right)x

تابعی است که در بازه [a،b] در شرایط قضیه رل صدق می‌کند پس حداقل یک نقطه چون (c∈(a،b موجود است که:

\Phi ^{\prime }(c)=f^{\prime }(c)-\left({\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}\right)=0

پس f^{\prime }(c)={\frac {f(b)-f(a)}{b-a}}

و برهان قضیه کامل می‌شود.∎

در واقع در اثبات قضیه مقدار میانگین سعی شد تابعی ساخته شود که از آن با استفاده از قضیه رل بتوانیم به نتیجه مورد نظر برسیم.

قضیه مقدار میانگین به صورت نمو
------------------------------

فرض کنید f در بازه‌ای شامل x\_{0}+\Delta x,x\_{0} مشتق پذیر باشد.

در این صورت، نمو f در x0 را می‌توان به شکل:

\Delta f(x\_{0})=f(x\_{0}+\Delta x)-f(x\_{0})=f^{\prime }(x\_{0}+\theta \Delta x)\Delta x

نوشت که در آن 0<\theta <1.

### برهان

f بر بازه [x\_{0},x\_{0}+\Delta x] پیوسته و در (x\_{0},x\_{0}+\Delta x) مشتق‌پذیر است پس بنابر قضیه مقدار میانگین نقطه‌ای چون c\in (x\_{0},x\_{0}+\Delta x) وجود دارد که:

f^{\prime }(c)={\frac {f(x\_{0}+\Delta x)-f(x\_{0})}{\Delta x}}={\frac {\Delta f(x\_{0})}{\Delta x}}

پس:

\Delta f(x\_{0})=f^{\prime }(c)\Delta x\qquad (\*)

از طرفی داریم x\_{0}<c<x\_{0}+\Delta x پس 0<c-x\_{0}<\Delta x ولذا

0<{\frac {c-x\_{0}}{\Delta x}}<1

پس قرار می‌دهیم \theta ={\frac {c-x\_{0}}{\Delta x}} و به این ترتیب:

c=x\_{0}+\theta \Delta x\qquad (0<\theta <1)

حال با قرار گرفتن c در رابطه (\*) خواهیم داشت:

\Delta f(x\_{0})=f^{\prime }(x\_{0}+\theta \Delta x)\Delta x

و لذا حکم ثابت می‌شود.∎

به عنوان مثال اگر f(x)=x2 خواهیم داشت:

\Delta f(x\_{0})=(x\_{0}+\Delta x)^{2}-x\_{0}^{2}=2x\_{0}\Delta x+(\Delta x)^{2}

پس f^{\prime }(x)=2x.

\theta  مناسب برابر است با \theta ={\frac {1}{2}} چون در این صورت داریم:

f^{\prime }(x\_{0}+\theta x)\Delta x=f^{\prime }(x\_{0}+{\frac {1}{2}}\Delta x)\Delta x

پس

=2(x\_{0}+{\frac {1}{2}}\Delta x)\Delta x=2x\_{0}\Delta x+(\Delta x)^{2}=\Delta f(x\_{0})

چه کسی قضیه مقدار میانگین را اثبات کرد؟
---------------------------------------

ژوزف لویی لاگرانژ(۱۷۳۶–۱۸۱۳) در سال ۱۷۸۷، در آن هنگام که می‌کوشید بدون استفاده از مفهوم حد، حساب دیفرانسیل و انتگرال را مورد مطالعه قرار دهد، برای نخستین بار قضیه مقدار میانگین را اثبات کرد. به همین سبب گاهی به این قضیه، قضیه لاگرانژ نیز می‌گویند.

این قضیه مهم را در آثار آمپر(۱۷۷۵–۱۸۳۶) هم می‌توان یافت. هر چند شهرت آمپر به خاطر تحقیقاتی است که در الکتریسیته انجام داد، ولی تحقیقات اولیه وی در زمینه حساب دیفرانسیل و انتگرال بود و او به نقد و تصحیح ایده‌های لاگرانژ در مبادی حساب دیفرانسیل و انتگرال پرداخت.

ولی کوشی بود که در کتاب درسی معروف خود به نام «درس‌های آنالیز» در ۱۸۲۱ و «خلاصه درسهایی درباره حساب بینهایت کوچک‌ها» در سال ۱۸۲۳ تعمیم قضیه مقدار میانگین را به چاپ رسانید، و بدین ترتیب آن را معروف ساخت.

کاربرد قضیه مقدار میانگین
-------------------------

از قضیه مقدار میانگین در اثبات بسیاری از نامساوی‌ها و قضایای مهم، و نیز آزمون مشتق اول برای صعودی و نزولی بودن توابع استفاده می‌شود. در اینجا به چند مورد از این کاربردها اشاره می‌کنیم.

قضیه کوشی
---------

*این قضیه را می‌توان تعمیمی بر قضیه مقدار میانگین دانست. برای مطالعه بیشتر و اثبات به قضیه کوشی مراجعه کنید.*

قضیه کوشیهرگاه f و g دو تابع باشند که در بازه بسته[a,b] پیوسته و در (a,b) مشتق‌پذیر باشند و g^{\prime }(x) به ازای هر x عضو (a,b) ناصفر باشد، آنگاه حداقل یک نقطه چون (c∈(a,b هست که:

{\frac {f^{\prime }(c)}{g^{\prime }(c)}}={\frac {f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)}}

جستارهای وابسته
---------------

* تابع
* حد
* پیوستگی
* مشتق
* کاربردهای مشتق
* قضیه رل
* قضیه کوشی
* آزمون مشتق اول برای صعودی نزولی بودن

منابع
-----

* جورج توماس - راس فینی (۱۳۷۰)، *حساب دیفرانسیل و انتگرال و هندسه تحلیلی (جلد اول)*، ترجمهٔ سیامک کاظمی - مهدی بهزاد - علی کافی، تهران: مرکز نشر دانشگاهی، شابک ۹۶۴-۰۱-۰۵۳۶-۸
* ریچارد سیلورمن (۱۳۷۶)، *حساب دیفرانسیل و انتگرال و هندسه تحلیلی جدید*، ترجمهٔ دکتر علی‌اکبر عالم‌زاده، تهران: انتشارات علمی و فنی، شابک ۹۶۴-۶۲۱۵-۰۶-۸

پیوند به بیرون
--------------

* ریاضی سنتر

| * ن
* ب
* و
حسابان |
| --- |
| پیش حسابان | 
* بسط دوجمله‌ای
* تابع مقعر
* تابع پیوسته
* فاکتوریل
* تفاضل محدود
* متغیر آزاد و متغیر پابند
* نمودار تابع
* Linear function
* رادیان
* قضیه رول
* سکانت
* شیب
* مماس

 |
| حد (ریاضی) | 
* شکل نامعلوم
* حد تابع
	+ حد یک-طرفه
* حد دنباله
* مرتبه تخمین
* حد تابع

 |
| حساب دیفرانسیل | 
* مشتق
* دیفرانسیل (ریاضیات)
* معادله دیفرانسیل
* عملگر دیفرانسیلی
* قضیه مقدار میانگین
* نمادگذاری‌های مشتق
	+ Leibniz's notation
	+ نمادگذاری‌های مشتق
* قواعد دیفرانسیل گیری
	+ linearity
	+ Power
	+ قواعد دیفرانسیل گیری
	+ قاعده زنجیری
	+ قاعده هوپیتال
	+ قاعده ضرب
		- General Leibniz's rule
	+ قاعده خارج قسمت
* Other techniques
	+ تابع ضمنی
	+ Inverse functions and differentiation
	+ Logarithmic derivative
	+ Related rates
* نقاط مانا
	+ First derivative test
	+ Second derivative test
	+ Extreme value theorem
	+ بیشینه و کمینه
* کاربرد های دیگر
	+ روش نیوتن
	+ قضیه تیلور

 |
| انتگرال | 
* پاد مشتق
* طول قوس
* انتگرال
* Constant of integration
* Differentiation under the integral sign
* قضیه اساسی حسابان
	+ Differentiating under the integral sign
* انتگرال‌گیری جزء به جزء
* Integration by substitution
	+ جانشینی مثلثاتی
	+ تغییر متغیر اویلر
	+ Weierstrass
* Partial fractions in integration
	+ Quadratic integral
* قانون ذوزنقه
* حجم‌ها
	+ Washer method
	+ روش پوسته

 |
| حساب برداری | 
* مشتق‌ها
	+ تاو (ریاضی)
	+ مشتق جهت‌دار
	+ دیورژانس
	+ گرادیان
	+ عملگر لاپلاس
* قضایای پایه‌ای
	+ قضیه گرادیان
	+ قضیه گرین
	+ Stokes'
	+ قضیه دیورژانس

 |
| حساب چندمتغیره | 
* قضیه دیورژانس
* Geometric
* ماتریس هسین
* ماتریس ژاکوبی
* ضرایب لاگرانژ
* انتگرال خطی
* حساب ماتریس‌ها
* انتگرال چندگانه
* مشتق جزئی
* انتگرال سطحی
* انتگرال حجمی
* مباحث پیشرفته
	+ Differential forms
	+ Exterior derivative
	+ قضیه استوکس
	+ حساب تنسوری

 |
| دنباله و سری | 
* Arithmetico–geometric sequence
* انواع سری
	+ Alternating
	+ سری دو جمله‌ای
	+ سری فوریه
	+ سری هندسی
	+ سری هارمونیک
	+ سری (ریاضیات)
	+ سری توانی
		- بسط تیلور
		- بسط تیلور
	+ Telescoping
* آزمون‌های همگرایی
	+ Abel's
	+ Alternating series
	+ Cauchy condensation
	+ Direct comparison
	+ Dirichlet's
	+ Integral
	+ Limit comparison
	+ آزمون نسبت
	+ Root
	+ آزمون جمله

 |
| توابع خاصو اعداد | 
* عدد برنولی
* E (عدد)
* تابع نمایی
* لگاریتم طبیعی
* تقریب استرلینگ

 |
| تاریخچه حسابان | 
* Adequality
* بروک تیلور
* کولین مک‌لورین
* Generality of algebra
* گوتفرید لایبنیتس
* بی‌نهایت کوچک
* حسابان
* آیزاک نیوتن
* Fluxion
* Law of Continuity
* لئونارد اویلر
* *Method of Fluxions*
* *The Method of Mechanical Theorems*

 |
| لیست‌ها | 
* قواعد دیفرانسیل گیری
* فهرست انتگرال تابع‌های نمایی
* فهرست انتگرال‌های تابع‌های هیپربولیک
* فهرست انتگرال تابع‌های وارون هذلولوی
* فهرست انتگرال توابع وارون مثلثاتی
* فهرست انتگرال تابع‌های گنگ
* فهرست انتگرال‌های توابع لگاریتمی
* فهرست انتگرال توابع گویا
* فهرست انتگرال توابع مثلثاتی
	+ Secant
	+ Secant cubed
* فهرست حدها
* فهرست‌های انتگرال‌ها

 |
| موضوعات متفرقه | 
* هندسهٔ دیفرانسیل
	+ انحنا
	+ of curves
	+ of surfaces
* Euler–Maclaurin formula
* Gabriel's Horn
* برهان بزرگتر بودن ۲۲/۷ از عدد پی
* Regiomontanus' angle maximization problem
* Steinmetz solid

 |