ТЕОРЕМА. Якщо дві функції f ( x ) таϕ( x ) неперервні на замкнутому проміжку[a ,b]і мають похідні f′( x ) таϕ′( x ) в кожній внутрішній точці цього проміжку, причомуϕ′( x )≠0 в
кожній внутрішній точці проміжку, то існує принаймні одна та-ка точка с з цього проміжку, для якої виконується рівність
f ( b ) − f ( a )=
f ′( c ).
ϕ( b ) − ϕ( a )
ϕ′( c )
Доведення. Побудуємо допоміжну функцію
F ( x ) = f ( x ) + kϕ( x ), де k визначимо з умови,що
F ( a ) = F ( b ), тобто f ( a ) + kϕ( a ) = f ( b ) + kϕ( b ) .Звідси,
k=− f ( b ) − f ( a ) , ϕ( b ) − ϕ( a )
тому що ϕ( b ) − ϕ( a ) ≠ 0 . Це випливає з умови, що ϕ′( x ) ≠ 0 на основі теореми Лагранжа.
Оскільки функція F ( x ) неперервна як сума неперервних фу-нкцій на [a ,b] і має похідну в кожній внутрішній точці ( a ,b ), то при цьому k
F ( x ) = f ( x ) −f ( b )−f ( a ) ϕ( x ) ϕ( b ) − ϕ( a )
задовільняє всі умови теореми Ролля.
Отже, існує точка с( a < c < b ), така що F ′( c ) = 0.