72517

Возрастание и убывание функций

Лекция

Математика и математический анализ

Точки максимума и минимума функции называются точками экстремума. необходимое условие существования экстремума Если функция fx дифференцируема в точке х = х1 и точка х1 является точкой экстремума то производная функции обращается в нуль в этой точке.

Русский

2014-11-24

165.5 KB

4 чел.

Лекция 5

Повторение предыдущего материала

Возрастание и убывание функций.

Теорема. 1) Если функция f(x) имеет производную на отрезке [a, b] и возрастает на этом отрезке, то ее производная на этом отрезке неотрицательна, т.е. f(x) 0.

2) Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b] и дифференцируема на промежутке

(а, b), причем f (x) > 0 для a < x < b, то эта функция возрастает на отрезке [a, b].

Точки экстремума.

Определение. Функция f(x) имеет в точке х1 максимум, если ее значение в этой точке больше значений во всех точках некоторого интервала, содержащего точку х1. Функция f(x) имеет в точке х2 минимум, если f(x2 +x) > f(x2) при любом х (х может быть и отрицательным).

Определение. Точки максимума и минимума функции называются точками экстремума.

Теорема. (необходимое условие существования экстремума) Если функция f(x) дифференцируема в точке х = х1 и точка х1 является точкой экстремума, то  производная функции обращается в нуль в этой точке.

Определение. Критическими точками функции называются точки, в которых производная функции не существует или равна нулю.

Пример: f(x) = x                                               Пример: f(x) =   

       y                                                                             y

             x

          x

     

В точке х = 0 функция имеет минимум, но           В точке х = 0 функция не имеет ни

не имеет производной.                                            максимума, ни минимума, ни произ-

      водной.

Теорема. (Достаточные условия существования экстремума)   Пусть функция f(x) непрерывна в интервале (a, b), который содержит критическую точку х1, и дифференцируема во всех точках этого интервала (кроме, может быть, самой точки х1). Если при переходе через точку х1 слева направо производная функции f (x) меняет знак с “+” на “-“, то в точке х = х1 функция f(x) имеет максимум, а если производная меняет знак с “-“ на “+”- то функция имеет минимум в точке х = х1.

На основе вышесказанного можно выработать единый порядок действий при нахождении наибольшего и наименьшего значения функции на отрезке:

Найти критические точки функции.

Найти значения функции в критических точках.

Найти значения функции на концах отрезка.

Выбрать среди полученных значений наибольшее и наименьшее.

Выпуклость и вогнутость кривой. Точки перегиба.

Определение. Кривая обращена выпуклостью вверх на интервале (а, b), если все ее точки лежат ниже любой ее касательной на этом интервале. Кривая, обращенная выпуклостью вверх, называется выпуклой, а кривая, обращенная выпуклостью вниз – называется вогнутой.

    у

               x

На рисунке показана иллюстрация приведенного выше определения.

Теорема .  Если во всех точках интервала (a, b) вторая производная функции f(x) отрицательна, то кривая y = f(x) обращена выпуклостью вверх (выпукла).

Если f (x) > 0 на интервале (a, b), то кривая y=f(x) вогнута на интервале (a, b).

Определение. Точка, отделяющая выпуклую часть кривой от вогнутой, называется точкой перегиба.

Очевидно, что в точке перегиба касательная пересекает кривую.

Теорема. Пусть кривая определяется уравнением y = f(x). Если  вторая производная

f (a) = 0 или f(a) не существует и при переходе через точку х = а  f(x) меняет знак, то точка кривой с абсциссой х = а является точкой перегиба.

Асимптоты.

При исследовании функций часто бывает, что при удалении координаты х точки кривой в бесконечность кривая неограниченно приближается к некоторой прямой.

Определение. Прямая называется асимптотой кривой, если расстояние от переменной точки кривой до этой прямой при удалении точки в бесконечность стремится к нулю.

Следует отметить, что не любая кривая имеет асимптоту. То есть асимптоты может и не быть.

Асимптоты бывают вертикальные и наклонные. Исследование функций на асимптоты позволяет более точно определить характер функции и поведение графика кривой.

Вообще говоря, кривая, неограниченно приближаясь к своей асимптоте, может и пересекать ее, причем не в одной точке, как показано на приведенном ниже графике функции . Ее наклонная асимптота у = х.

 

Рассмотрим правила нахождения асимптот кривых.

Вертикальные асимптоты.

Вертикальные асимптоты следует искать в точках, где функция не является непрерывной.

Например, для функции  прямая х = 5 является вертикальной асимптотой.

В общем случае, если  или  или , то прямая х = а – асимптота кривой y = f(x).

Наклонные асимптоты.

Как выглядит график функции, имеющей наклонную асимптоту? Мы можем составить представление, посмотрев на рисунок.

Пусть прямая y = kx + b – асимптота кривой. Для точного определения этой прямой ниже приведены формулы для вычисления коэффициентов k и b.

,         .

Отметим, что горизонтальные асимптоты являются частным случаем наклонных асимптот при k =0.

Примеры

Пример. Найти асимптоты и построить график функции .

1) Вертикальные асимптоты: Вполне возможно, что вертикальная асимптота х = 0.

Нужно посмотреть, что происходит с y при x0. При вычислении пределов получается, что  y+ при x0-0 и y-  при x0+0, следовательно, х = 0 - вертикальная асимптота.

2) Наклонные асимптоты:

Вычисляем по формулам

Таким образом, прямая у = х + 2 является наклонной асимптотой.

Построим график функции:

Пример. Найти асимптоты и построить график функции .

Прямые х = 3 и х = -3 являются вертикальными асимптотами кривой.

Найдем наклонные асимптоты:

y = 0 – горизонтальная асимптота.

 

Пример. Найти асимптоты и построить график функции .

Прямая  х = -2 является вертикальной асимптотой кривой.

Найдем наклонные асимптоты.

Итого, прямая у = х – 4 является наклонной асимптотой.

Схема исследования функций

Для наиболее полного представления о поведении функции и характере ее графика необходимо отыскать:

  1.  Область определения функции.
  2.  Точки разрыва. (Если они имеются). Если есть точки разрыва, то посмотреть  нет ли вертикальных асимптот.
  3.  Наклонные асимптоты, если имеются.
  4.  Найти точки пересечения графика функции с осями координат. Определить промежутки знакопостоянства функции (т.е. промежутки, на которых функция сохраняет знак).
  5.  Найти производную  и критические точки. Определить знаки производной и найти интервалы возрастания и убывания. Определить точки максимума и минимума.  
  6.  Найти вторую производную  и критические точки второго рода (т.е. такие точки, в которых вторая производная равна нулю или не существует). Определить знаки второй производной и найти интервалы выпуклости и вогнутости. Определить точки перегиба.  
  7.  Построение графика.

Применение этой схемы рассмотрим на примере.

Пример. Исследовать функцию и построить ее график.

  1.  Областью определения функции является область (-; -1) (-1; 1) (1; ).
  2.  Точками разрыва функции являются точки  х = 1, х = -1. Прямые  х = 1, х = -1 являются вертикальными асимптотами кривой.
  3.  Теперь найдем наклонные асимптоты.

     Итак, уравнение наклонной асимптоты –     y = x.

  1.  Найдем точки пересечения с осями Ox  и  Oy: Если x=0, то y=0. Если y=0, то x=0. В этом случае есть только одна точка (0,0).

  1.  Найдем производную функции

Критические точки: x = 0; x = -; x = ;  x = -1;  x = 1. Находим промежутки возрастания и убывания функции. Для этого определяем знаки производной функции на промежутках.

- < x < -,      y > 0, функция возрастает

- < x < -1,       y < 0,  функция убывает

-1 < x < 0,            y < 0,  функция убывает

0 < x < 1,             y < 0,  функция убывает

1 < x < ,         y < 0,   функция убывает

 < x < ,        y > 0,   функция возрастает

Значит, точка х = - является точкой максимума, а точка х =  является точкой минимума. Значения функции в этих точках равны соответственно 3/2 и -3/2.

  1.  Найдем вторую производную функции

.

Определим выпуклость и вогнутость кривой на промежутках.

- < x < -,      y < 0,  кривая выпуклая

- < x < -1,       y < 0,  кривая выпуклая

-1 < x < 0,            y > 0,  кривая вогнутая

0 < x < 1,             y < 0,  кривая выпуклая

1 < x < ,         y > 0,   кривая вогнутая

< x < ,        y > 0,   кривая вогнутая

  1.  Построим график функции:

Домашнее задание

Исследуйте функции с помощью производной и постройте графики функций:

у = 3х2х3.      .

.

Используя правило Лопиталя, вычислите пределы функций:

.   .   .

Найдите наибольшее и наименьшее значения следующих функций
(укажите точки, в которых достигаются эти значения):

у = х4 – 8х2 +3 на отрезке [–2; 2].

 а) на отрезке ;

  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40848. Визначення та предмет екології міських систем 82.5 KB
  Загальні особливості міських систем особливості мікроклімату міста. і природної а також про ноосфер не управління урбоекосистемою Урбоекологія наука яка вивчає міські екосистеми урбоекосистеми та міста в цілому як угруповання штучно створені людиною як місця її постійного проживання. Суспільна і природнича наука пояснюють найскладніші стосунки які склалися в екосистемах міста зокрема вплив суспільної діяльності на елементи природи окреслюють місце природних комплексів у життєдіяльності живих організмів і насамперед людини. людей...
40849. Транскрипция. Согласные 159.5 KB
  Во французском языке 26 букв обозначают 35 звуков. Одна и та же буква в зависимости от положения в слове может произноситься по-разному. Точным отображением произношения является транскрипция. В ней каждому звуку соответствует условный фонетический знак. Транскрипция заключается в квадратные скобки
40850. Гласные в английском языке.Гласный [œ ] 103.5 KB
  Сочетание «зубрежки» с выполнением устных и письменных упражнений, в которых новые слова повторяются в наиболее типичных сочетаниях, даст самые лучшие результаты. При этом всегда придерживайтесь правила: не выполняйте упражнения механически, проверяйте, помните ли вы все входящие в них слова
40851. Гласные во французском языке. Гласный [u] 105 KB
  Неопределенный артикль единственного числа un une. Перед существительными единственного числа употребляются артикли мужской род un [̃] un frère брат женский род une [yn] une sur сестра Неопределенный артикль на русский язык обычно не переводится а существительное с этим артиклем имеет...
40852. Имена собственные во французском языке 71 KB
  Трудные для вас слова лучше выписывать на карточки: с одной стороны — французское слово или словосочетание, с другой — перевод. Вынимая карточки наугад, вы сможете проверить, хорошо ли вы знаете слова. По мере запоминания откладывайте карточки в сторону. Добивайтесь, чтобы у вас не осталось ни одной невыученной карточки.
40853. Носовые гласные во французском языке 145 KB
  Местоимение с глаголом произносятся слитно: nous restons [nurestõ] мы остаемся nous [nu] перед согласной: nous prlons [nuprlõ ] мы говорим [nuz] перед гласной и h: nous pportons [nuzportõ] мы приносим 6....
40854. Множественное число существительных и прилагательных 146.5 KB
  Образуется от формы единственного числа при помощи непроизносимого окончания s: ville s = villes [vil] города grnd s = grnds [grã] большие Существительные и прилагательные которые в единственном числе оканчиваются на s x z не изменяются во множественном числе: succès m успех успехи heureux счастливый счастливые nez m нос носы Во французском языке прилагательные согласуются в роде и числе с существительными: une nouvelle intéressnte интересная новость des nouvelles intéressntes интересные новости 4....
40855. Слитные артикли с предлогами à и de во французском языке 101.5 KB
  Следите за слитным произношением: vous êtes nous vons nous llons vous vez vous llez ils ont. Quelles lngues étrngères prlezvous B. Prlezvous nglis B. Vous llez à lécole.