Исследование функции

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Февраля 2014 в 04:56, практическая работа

Краткое описание

Дифференциальное исчисление широко используется при исследовании функций. С помощью производной можно найти промежутки монотонности функции, ее экстремальные точки, наибольшие и наименьшие значения.

Вложенные файлы: 1 файл

иследование функции.doc

— 157.00 Кб (Скачать файл)

1.5 Исследование функции

 

 Дифференциальное  исчисление широко используется  при исследовании функций. С помощью производной можно найти промежутки монотонности функции, ее экстремальные точки, наибольшие и наименьшие значения.

Возрастание и убывание функций.

Как известно функция, заданная на множестве  , называется возрастающей на этом множестве, если для любых , таких, что , имеем  :

.

Если 

,

то функция  называется неубывающей на множестве .

Аналогично определяются понятия убывающей и невозрастающей функций.

Теорема 3. Если функция непрерывна на отрезке , а ее производная положительна на интервале , то возрастает на .

Доказательство. Рассмотрим две любые  точки  , такие, что . Так как для функции на отрезке выполняется условие теоремы Лагранжа, то

                               

,                                     (18)

где точка  лежит между и .

Поскольку оба множителя правой части равенства (18) положительны ( по условию, в силу выбора точек), то

                                     

,                                              (19)

а значит, и 

.

Итак, и, следовательно, функция возрастает на , что и требовалось доказать. [2, c. 99]

Теорема 4. Если функция непрерывна на отрезке , а ее производная отрицательна на интервале , то убывает на .

Доказательство этой теоремы аналогично.

Пример 6. Докажем, что функция убывает на всей числовой прямой.

Решение. Имеем 

.

Так как при любом  выполняется неравенство и, кроме того, равенство выполняется только в одной точке , то на всей числовой прямой , причем в одной точке. Значит, функция убывает на всей числовой прямой. 

Экстремумы функции.

Определение 7. Пусть функция , заданная на множестве , определена в некоторой окрестности точки и непрерывна в этой точке. Если существует такая окрестность точки , что для всех точек этой окрестности выполняется неравенство

,

то  называется точкой максимума (минимума) функции .

Точки максимума называют точками экстремума. [2, c. 85]

Определение 8. Точки, в которых производная равна нулю или не существует, называют критическими (иногда точки, где производная равна нулю, называют стационарными). [2, c. 86]

Теорема 5. пусть функция определена в точке и пусть существует , такое, что функция непрерывна на отрезке , дифференцируема на интервалах , причем производная данной функции сохраняет знак на каждом из этих интервалов.

Если на  знаки производной различны, то - точка экстремума, а если совпадают, то не является точкой экстремума. При этом если при переходе через точку производная меняет знак с «+» на «-», то точка - точка максимума, если же производная меняет знак с «-» на «+», то - точка минимума.

Доказательство. Пусть  производная положительна на интервале и отрицательна на . Докажем, что - точка максимума функции.

По условию функция  непрерывна на отрезке , дифференцируема в интервале и на этом интервале имеем . Значит по теореме 1 функция возрастает на отрезке . Поэтому из неравенства , где , следует . Аналогично устанавливаем, что функция убывает на отрезке , а поэтому из неравенства , где , следует .

Таким образом, в  - окрестности точки для точек  , отличных от , выполняется неравенство

.

Это означает, что - точка максимума функции .

Рассмотрим случай, когда производная  не меняет знака при переходе через точку ; пусть она отрицательна как слева, так и справа от . Тогда функция убывает как на отрезке  , так и на отрезке . В таком случае не является точкой экстремума.

Остальные два случая рассматриваются  аналогично. Теорема доказана. [2, c. 101]

Таким образом, чтобы исследовать функцию на экстремум, нужно: 1) найти ее производную; 2) найти критические точки; 3) рассмотреть окрестность каждой  из критических точек, не содержащую других критических точек, и исследовать знак производной слева и справа от рассматриваемой точки; 4) опираясь на данную теорему сделать выводы.

Пример 7. Исследуем на экстремум функцию .

Решение. Имеем 

.

Приравняв производную  к нулю, находим  . При переходе через точку производная меняет знак с «+» на «-», значит, в этой точке функция имеет максимум. При переходе через точку производная меняет знак с «-» на «+», значит, в этой точке функция имеет минимум. Имеем .


Информация о работе Исследование функции