Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции

Функция Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru называется возрастающей в некотором промежутке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , если для любых двух значений Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru и Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , принадлежащих этому промежутку, из неравенства

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru следует неравенство Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru (рис.1)

Функция Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru называется убывающей в некотором промежутке, если для любых двух значений Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru и Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , принадлежащих этому промежутку, из неравенства

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru следует неравенство Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru (рис.2)

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru

рис.1 рис.2

Теорема. Если в данном промежутке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то функция возрастает в этом промежутке; если же Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то функция убывает в соответствующем промежутке.

Теорема имеет простой геометрический смысл. Если в некотором промежутке касательная к графику функции Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru образует с осью Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru острый угол Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то функция возрастает в этом промежутке. Если касательная к графику образует с осью Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru тупой угол Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , функция убывает.

Интервалы, на которых функция только возрастает или же только убывает, называются интервалами монотонности функции, а сама функция называется монотонной на этих интервалах.

Геометрически ясно, что функция будет монотонной и в том случае, когда её производная, сохраняя всё время постоянный знак, обращается в отдельных точках в нуль, касательная в которых параллельна оси Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Например, функция Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru возрастает в любом интервале, так как её производная Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru всё время положительна, кроме точки Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , где она обращается в нуль.

Экстремумы функций.

Точка Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru из области определения функции Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru называется точкой максимума (минимума) этой функции, если существует такая δ - окрестность точки Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , что для всех Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru из этой окрестности выполняется неравенство Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Другими словами, максимумом (минимумом) функции Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru называют такое её значение, которое больше (меньше) всех других значений, принимаемых в точках, достаточно близких к данной и отличных от неё.

Если в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru функция имеет максимум или минимум, то говорят, что в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru имеет место экстремум, значение функции в этой точке называется экстремальным, точка Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru называется точкой экстремума.

Необходимое условие экстремума.

Если точка Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru является точкой экстремума функции, то Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru или Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru не существует.

Точки, в которых производная равна нулю или не существует, называются критическими точками.

Однако не всякая критическая точка является точкой экстремума, поэтому необходимо в каждой критической точке проверить, выполняется ли достаточное условие экстремума.

Первое достаточное условие экстремума функции.

Пусть функция Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru дифференцируема в некоторой δ - окрестности критической точки Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru . Тогда, если Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru для всех Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru из Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , а Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru для всех Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru из Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru функция Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru имеет максимум (минимум); если же Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru во всей δ-окрестности точки Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru имеет один и тот же знак, то в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru экстремума нет.

Другими словами, если Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru при переходе через критическую точку Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru меняет знак с «+» на «-», то Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru - точка максимума; если Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru при переходе через точку Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru меняет знак с «-» на «+», то в этой точке функция достигает минимума. Если же при переходе через критическую точку первая производная знака не меняет, то экстремума нет.

Второе достаточное условие экстремума функции.

Критическая точка Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru является точкой экстремума функции, если первая не обращающаяся в нуль производная в этой точке имеет четный порядок. При этом, если эта производная отрицательна (положительна), то критическая точка Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru является точкой максимума (минимума).

Например, пусть выполнены условия Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru и Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , тогда:

если Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru - точка максимума функции Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru ;

если Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , то Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru - точка минимума функции Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Пример 1. Исследовать на экстремум функцию

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Решение. Областью определения данной функции является вся числовая прямая.

Находим производную данной функции: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru . Используя необходимое условие экстремума, получаем уравнение для нахождения критических точек: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Решаем это уравнение:

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , (*)

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru ;

Находим критические точки: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru

Рассмотрим интервалы: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Выбираем внутри каждого из этих интервалов произвольную точку и определяем знак первой производной, используя уравнение (*). Результаты удобно оформить в виде рисунка.

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru

Итак, в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru первая производная меняет знак с «+» на «-», следовательно, в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru функция имеет максимум, Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru ; в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru первая производная меняет знак с «-» на «+», следовательно, в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru данная функция достигает минимального значения, Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru . В точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru экстремума нет, так как производная знака не меняет.

Пример2. Исследовать на экстремум функцию

Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Решение. Область определения данной функции: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , т.е. Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Находим первую производную: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Тогда при Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru критические точки Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru не существует при Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , но эта точка не принадлежит области определения функции, следовательно, не может быть точкой экстремума.

Для выяснения характера критических точек воспользуемся вторым достаточным условием экстремума.

Находим вторую производную: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Определяем знак второй производной в критических точках: Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru , т.е. в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru данная функция имеет максимум, Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru ; в точке Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru - минимум, Возрастание и убывание функций. Экстремумы функции - student2.ru .

Наши рекомендации