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

31659. Чотири типи темпераменту 37.5 KB
  Якщо у мами і дитини темперамент схожий вони швидше порозуміються якщо ж темпераменти різко відрізняються мама холерик малюк флегматик це веде до проблем в спілкуванні з дитиною в її вихованні тому що мама часто вимагає від дитини те на що вона не здатна бути лідером в спілкуванні з однолітками бути розкутою швидко одягатися і так далі. У цьому випадку дорослому варто підстроїтися під дитину враховувати її індивідуальні особливості контролювати свої емоції щоб не зародити у малюка комплекс неповноцінності. Вона вертка і...
31660. Поняття про здібності 62.5 KB
  Психологія заперечуючи тотожність здібностей і істотно важливих компонентів діяльності знань умінь і навичок підкреслює їхню єдність. Здібності виявляються тільки в діяльності і притім тільки в такий діяльності що не може здійснюватися без наявності цих здібностей. Не можна говорити про здібності дитини до малювання якщо його не намагаються навчати малювати якщо він не здобуває ніяких навичок необхідних для образотворчої діяльності. У чому ж виражається єдність здібностей з одного боку і умінь знань і навичок з інший Здібності...
31661. Поняття про характер 42.5 KB
  Такі психологічні особливості особистості називають рисами характеру. Історія знає багатьох політичних громадських і військових діячів які завдяки силі позитивних рис свого характеру сприяли прогресу суспільства тоді як особи з негативними рисами характеру або зі слабким характером призводили до його занепаду. Структура характеру Характер як одна з істотних особливостей психічного складу особистості є цілісним утворенням що характеризує людське Я як єдність. Розуміння характеру як єдності його рис не виключає виокремлення в ньому деяких...
31662. ВІКОВА ПСИХОЛОГІЯ ЯК ГАЛУЗЬ ПСИХОЛОГІЧНОЇ НАУКИ 127.5 KB
  Вікова психологія галузь психологічної науки яка вивчає особливості психічного та особистісного розвитку людини на різних етапах її життя. Його специфіка полягає передусім у тому що протягом життя в психіці людини відбуваються різні якісні перетворення дослідження яких потребує системного з'ясування загальних закономірностей вікового розвитку. Предметом дослідження вікової психології є вікова динаміка закономірності фактори умови механізми становлення формування та розвитку особистості. Вікова психологія вивчає загальні...
31663. Психічний розвиток людини 28.5 KB
  Кожен період вік своєрідний ступінь психічного розвитку з притаманними йому відносно стійкими якісними особливостями. Відомо що вікові психологічні особливості зумовлені конкретноісторичними умовами розвитку спадковістю певною мірою характером виховання особливостями діяльності та стосунків з іншими людьми що впливає передусім на специфіку переходу від одного вікового періоду до іншого. Власне тому що навчання й виховання організовує діяльність дітей поетапно керує нею на основі накопиченого досвіду прагнучи враховувати наявні...
31664. ПСИХОЛОГІЯ ОСОБИСТОСТІ ПІДЛІТКА 35 KB
  Загальна характеристика підліткового віку Підлітковий вік це один з найважливіших етапів життя людини. Вік цей нестабільний ранимий важкий і виявляється що він більше ніж інші періоди життя залежить від реальностей довкілля. Загальна характеристика підліткового віку варіює в різних теоріях залежно від їх основної ідеї. Однак всі ці і багато інших підходів об'єднує те що в них існують загальні показники які характеризують даний вік.
31665. ПСИХОЛОГІЯ МОЛОДШОГО ШКОЛЯРА (ЗРІЛОГО ДИТИНСТВА) 100.5 KB
  Опановуючи новий для себе вид діяльності навчання молодші школярі ще багато часу й енергії віддають грі. У цих видах діяльності розгортаються їх стосунки з ровесниками і дорослими особистісне психічне життя і психічний розвиток формуються психічні новоутворення завдяки чому діти виходять на новий рівень пізнання світу і самопізнання відкривають нові власні можливості і перспективи. Нижня межа цього вікового періоду 6 7 років пов'язана з переходом до навчання як систематичної та цілеспрямованої діяльності. Цей симптом виявляється...
31666. Характеристика осн. теорій розвитку особистості 47 KB
  теорій розвитку особистості Фізичний розвиток підлітка та набуті у попередні роки властивості психічного розвитку створюють внутрішні передумови для зміни його становища в школі в сім'ї в суспільстві. Всі теорії розвитку особистості можна поділити на три групи згідно поєднання факторів розвитку: Представники біологічного напрямку рахують що людина народжується з набором відповідних моральних та етичних якостей таких як:доброта злість чесність брехливість порядність агресивність жорстокість та інші. Чічерліх; Представники...
31667. Проблеми сімейного виховання. Типові помилки батьків 72.5 KB
  Може случитися так що ціль виховання дитини виявляється саме в задоволенні потреб емоційного контакту. Батьки несвідомо ведуть боротьбу за збереження об'єкта своєї потреби перешкоджаючи виходу емоцій і прихильностей дитини за межі сімейного кола. Мати чи батько бабуся можуть вважати що зміст їхнього існування є відхід за фізичним станом і вихованням дитини. Шкода такої самопожертви для дитини очевидний.