Teorema del valor medio

∑ Cálculo
= intervalo donde f es continua (y derivable en su interior) = punto intermedio que garantiza el teorema = tasa de cambio promedio

Si una función es suave en un intervalo, en algún punto intermedio su velocidad instantánea coincide exactamente con su velocidad promedio.

La idea

Viajás de Asunción a Ciudad del Este, unos 330 km por la Ruta PY02, en 4 horas: velocidad promedio de 82,5 km/h. El teorema garantiza que en algún instante el velocímetro marcó exactamente 82,5 km/h. No podés haber ido siempre más lento (no llegarías a tiempo) ni siempre más rápido (llegarías antes), y como la velocidad cambia de forma continua, en algún momento cruzó ese valor.

Geometría

La pendiente promedio es la de la recta secante que une con . El teorema dice que en algún punto la recta tangente es paralela a esa secante. Si dibujás cualquier curva suave entre dos puntos y deslizás una regla paralela a la secante, en algún momento la toca justo de costado.

Por qué funciona

El caso especial es el teorema de Rolle: si , hay un punto donde . Esto es porque una función continua en un intervalo cerrado alcanza un máximo y un mínimo, y si alguno está en el interior, ahí la tangente es horizontal. Para el caso general se "inclina" el problema: la función

cumple , y Rolle aplicado a da el resultado.

Las hipótesis importan: en tiene velocidad promedio 0, pero su derivada nunca vale 0, porque en no es derivable.

Por qué es importante

Aunque solo asegura que existe, sin decir dónde, es un pilar del cálculo:

  • Prueba que si en todo un intervalo, es constante, y por lo tanto que dos antiderivadas difieren en una constante (clave del teorema fundamental).
  • Prueba que implica que es creciente.
  • Permite acotar errores, como en la fórmula de Taylor con resto y en métodos numéricos.

Una aplicación vial

Los sistemas de control de velocidad por tramos, usados en varios países, aplican este razonamiento: si dos cámaras registran que recorriste 10 km en 5 minutos (120 km/h de promedio), en algún instante fuiste exactamente a 120 km/h.

Ejercicio resuelto

Para f(x) = x² en el intervalo [1, 3], hallá el punto c que garantiza el teorema del valor medio.

    Quién la creó

    Michel Rolle; Joseph-Louis Lagrange; Augustin-Louis Cauchy (antecedente en Parameshvara)

    siglo XV; 1691; 1797; 1823

    Un caso particular, aplicado a la interpolación del seno, aparece en el siglo XV en el astrónomo indio Parameshvara, de la escuela de Kerala. En 1691 el francés Michel Rolle probó el caso f(a) = f(b) para polinomios; irónicamente, era un crítico del cálculo infinitesimal. Lagrange enunció la forma general en 1797 en su "Théorie des fonctions analytiques", y Cauchy, en 1823, la convirtió en el fundamento de su exposición rigurosa del cálculo, junto con una versión para dos funciones.

    Teorema del valor medio · Quiz1 / 3 · ★ 0

    Un auto recorre 150 km en 2 horas. ¿Qué garantiza el teorema?