Достаточное условие экстремума.

Пусть функция определена в критической точке x0 и дифференцируема в некоторой окрестности этой точки, за исключением, может быть, самой x0. Если «при переходе» через точку x0 слева направо производная меняет знак с плюса на минус, то x0 – точка максимума; с минуса на плюс – точка минимума.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru Достаточное условие экстремума. - student2.ru

Пример: Исследовать функцию на монотонность и найти точки экстремума.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

1. Область определения функции D(y)=R.

2. Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Критические точки: Достаточное условие экстремума. - student2.ru . Достаточное условие экстремума. - student2.ru Þ Достаточное условие экстремума. - student2.ru , Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

x (-∞;1) x=1 (1;3) x=3 (3;+∞)
Достаточное условие экстремума. - student2.ru + +
Достаточное условие экстремума. - student2.ru возрастает max Достаточное условие экстремума. - student2.ru убывает min y(3)=1 возрастает

Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке.

Пусть функция Достаточное условие экстремума. - student2.ru определена и непрерывна на замкнутом промежутке [a;b] и имеет внутри этого промежутка конечную производную.

Тогда по второй теореме Вейерштрасса она на этом отрезке принимает свои наибольшее и наименьшее значения.

Очевидно, что эти значения могут достигаться либо в критических точках, либо на концах отрезка.

Поэтому для нахождения наибольшего и наименьшего значений функции применяют следующий алгоритм решения:

1. Находим критические точки функции. Отбираем те точки, которые принадлежат данному отрезку.

2. Вычисляем значения функции в найденных точках.

3. Вычисляем значения функции на концах отрезка.

4. Из полученных значений функции выбираем наибольшее и наименьшее.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru

Выпуклые и вогнутые функции.

Пусть функция Достаточное условие экстремума. - student2.ru дифференцируема на интервале (a;b). Тогда на этом интервале в каждой точке графика функции существует касательная, причем не параллельная оси OY.

Определение: Функция называется выпуклой, если ее график лежит над любой касательной, проведенной к этому графику.

Определение: Функция называется вогнутой, если ее график лежит под любой касательной, проведенной к этому графику.

На разных участках промежутка функция может быть выпуклой или вогнутой.

Признак выпуклости.

Пусть функция Достаточное условие экстремума. - student2.ru имеет на интервале (a;b) непрерывную производную второго порядка. Если Достаточное условие экстремума. - student2.ru , то функция выпукла на промежутке (a;b). Если Достаточное условие экстремума. - student2.ru , то функция вогнута на промежутке (a;b).

Замечание: Условие Достаточное условие экстремума. - student2.ru ( Достаточное условие экстремума. - student2.ru ) является не только достаточным, но и необходимым для выпуклых (вогнутых) функций.

Определение: Точка, отделяющая промежуток выпуклости функции от промежутка ее вогнутости, называется точкой перегиба.

Необходимые условия существования точки перегиба функции.

Пусть функция Достаточное условие экстремума. - student2.ru в точке x0 имеет точку перегиба. Если в этой точке существует производная второго порядка, то она обращается в ноль Достаточное условие экстремума. - student2.ru или не существует.

Точки перегиба следует искать среди точек, вторая производная которых равна нулю (y²=0) или не существует. Такие точки называются критическими точками второго рода.

Достаточное условие точки перегиба функции.

Пусть Достаточное условие экстремума. - student2.ru непрерывна в окрестности точки Достаточное условие экстремума. - student2.ru , за исключением, может быть, самой точки Достаточное условие экстремума. - student2.ru . Если «при переходе» через Достаточное условие экстремума. - student2.ru Достаточное условие экстремума. - student2.ru меняет знак, то точка Достаточное условие экстремума. - student2.ru — точка перегиба.

Пример: Исследовать функцию на перегиб. Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

D(y)=R.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru ; Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Критические точки второго рода:

Достаточное условие экстремума. - student2.ru : Достаточное условие экстремума. - student2.ru ;

Достаточное условие экстремума. - student2.ru не существует: точек нет.

При переходе через точки Достаточное условие экстремума. - student2.ru вторая производная Достаточное условие экстремума. - student2.ru меняет знак.

Þ Достаточное условие экстремума. - student2.ru — точки перегиба.

Асимптоты графика функции.

Определение: Прямая l называется асимптотой графика функции Достаточное условие экстремума. - student2.ru , если расстояние от точки М на графике до прямой l стремится к нулю при удалении точки М по графику функции от начала координат.

Асимптоты бывают вертикальные, горизонтальные, наклонные.

Вертикальной асимптотой называется прямая x=a, если Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Находят вертикальную асимптоту по точкам разрыва второго рода (бесконечный разрыв).

Наклонной асимптотой называется асимптота, уравнение которой имеет вид: Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Оказывается, что если Достаточное условие экстремума. - student2.ru является асимптотой, то Достаточное условие экстремума. - student2.ru и Достаточное условие экстремума. - student2.ru в уравнении определяются следующим образом Достаточное условие экстремума. - student2.ru , Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Замечание 1: Чтобы у кривой были наклонные асимптоты, нужно, чтобы соответствующие пределы в определении k и b были конечными, причем предел при x→+∞ и предел при x→-∞ нужно вычислять отдельно.

Замечание 2: Если k=0, то y=b. Наклонная асимптота в этом случае называется горизонтальной.

Замечание 3: Кривая никогда не пересекает вертикальную асимптоту, а горизонтальные и наклонные асимптоты кривая может пересекать и даже бесконечное число раз.

Пример: Найти асимптоты графика функции Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

D(y): x¹3.

Þ x=3 – точка разрыва.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru — вертикальная асимптота.

Достаточное условие экстремума. - student2.ru = Достаточное условие экстремума. - student2.ru ;

Достаточное условие экстремума. - student2.ru = Достаточное условие экстремума. - student2.ru = = Достаточное условие экстремума. - student2.ru =3 Þ Достаточное условие экстремума. - student2.ru .

Достаточное условие экстремума. - student2.ru

Þ Достаточное условие экстремума. - student2.ru — наклонная асимптота.

Схема полного исследования функции.

1. Определить естественную область D(y) определения функции.

2. Исследовать на четность и нечетность.

3. Найти точки пересечения графика функции с осями координат.

4. Найти асимптоты.

5. Найти интервалы возрастания и убывания функции, точки экстремума.

6. Найти интервалы выпуклости графика, точки перегиба.

7. Построить график функции.

Наши рекомендации