[Править]Определение
Вещественнозначная
функция, определённая на некотором интервале (в
общем случае на выпуклом
подмножестве некоторого векторного
пространства)
выпукла, если для любых двух значений
аргумента x, y и
для любого числа
выполняется неравенство
Йенсена:
![]()
Если
это неравенство является строгим для
всех
,
функция называетсястрого
выпуклой;
если выполняется обратное неравенство,
функция называетсявогнутой,
или выпуклой
вверх.
NB! Иногда выпуклая функция определяется как вогнутая и наоборот.
[Править]Свойства
-
Функция f, выпуклая на интервале
, непрерывна на
всём
, дифференцируема на
всём
за
исключением не более чемсчётного
множества точек
и дважды дифференцируема почти везде. -
Непрерывная функция f выпукла на
тогда
и только тогда, когда для всех
точек
выполняется
неравенство
![]()
-
Непрерывно дифференцируемая функция одной переменной выпукла на интервале тогда и только тогда, когда её графиклежит не ниже касательной, проведённой к этому графику в любой точке промежутка выпуклости.
-
Дважды дифференцируемая функция одной переменной выпукла на интервале тогда и только тогда, когда её втораяпроизводная неотрицательна на этом интервале. Если вторая производная дважды дифференцируемой функции строго положительна, такая функция является строго выпуклой, однако обратное неверно (например, функция f(x) = x4 строго выпукла на [ − 1,1], но её вторая производная в точке x = 0 равна нулю).
-
Если функции f, g выпуклы, то любая их линейная комбинация af + bg с положительными коэффициентами a, b также выпукла.
-
Локальный минимум выпуклой функции является также глобальным минимумом (соответственно, для выпуклых вверх функций локальный максимум является глобальным максимумом).
-
Любая стационарная точка выпуклой функции будет глобальным экстремумом.
-
Для выпуклых функций выполняется неравенство Йенсена:
где X — случайная
величина со
значениями в области
определения функции f, E — математическое
ожидание.
10
Точка перегиба
Определение
Точка
перегиба функции
внутренняя
точка x0 области
определения f,
такая что f непрерывна
в этой точке, существует конечная или
определенного знака бесконечная
производная в этой точке, и x0 является
одновременно концом интервала строгой
выпуклости вверх и началом интервала
строгой выпуклости вниз, или наоборот.
[Править]Неофициальное
В этом случае точка (x0;f(x0)) является точкой перегиба графика функции, то есть график функции f в точке (x0;f(x0))«перегибается» через касательную к нему в этой точке: при x < x0 касательная лежит под графиком f, а при x > x0 — над графиком f (или наоборот)
[Править]Условия существования
Необходимое
условие существования точки перегиба: если
функция f(x), дважды дифференцируемая в
некоторой окрестности точки x0,
имеет в x0 точку
перегиба, то
.
Достаточное
условие существования точки перегиба: если
функция f(x) в
некоторой окрестности точки x k раз
непрерывно дифференцируема, причем k нечётно
и
,
и
при
,
а
,
то функция f(x) имеет
вx0 точку
перегиба.
Основы интегрального вычисления
1
Первообра́зной[1] или примити́вной функцией (иногда называют также антипроизводной) данной функции f называют такую F, производная которой (на всей области определения) равна f, то есть F ′ = f. Вычисление первообразной заключается в нахождении неопределённого интеграла, а сам процесс называется интегрированием.
Так,
например, функция
является
первообразной
.
Так как производная константы равна нулю,
будет
иметь бесконечное количество
первообразных; таких как
или
… и
т. д.; таким образомсемейство первообразных
функции x2 можно
обозначить как F(x)
= x3 /
3 + C,
где C —
любое число. Графики таких
первообразных смещены вертикально
относительно друг друга, и их положение
зависит от значения C.
Первообразные важны тем, что позволяют вычислять интегралы. Если F — первообразная интегрируемой функции f, то:

Это соотношение называется формулой Ньютона — Лейбница.
Благодаря этой связи множество первообразных данной функции f называют неопределённым интегралом (общим интегралом) f и записывают в виде интеграла без указания пределов:
![]()
Если F — первообразная f, и функция f определена на каком-либо интервале, тогда каждая последующая первообразная Gотличается от F на константу: всегда существует число C, такое что G(x) = F(x) + C для всех x. Число C называют постоянной интегрирования.
Каждая непрерывная функция f имеет первообразную F, одна из которых представляется в виде интеграла от f с переменным верхним пределом:

Также
существуют не непрерывные (разрывные)
функции, которые имеют первообразную.
Например,
с f(0)
= 0 не
непрерывна при x =
0,
но имеет первообразную
с F(0)
= 0.
Некоторые первообразные, даже несмотря на то, что они существуют, не могут быть выражены через элементарные функции(такие как многочлены, экспоненциальные функции, логарифмы, тригонометрические функции, обратные тригонометрические функции и их комбинации). Например:
![]()
Более развёрнутое изложение этих фактов см. в дифференциальной теории Галуа.
2
Неопределённый
интегра́л для
функции
—
это совокупность всех первообразных данной
функции.
Если
функция
определена
и непрерывна на промежутке
и
—
её первообразная, то есть
при
,
то
,
где С — произвольная постоянная.
![]()
![]()
![]()
![]()
Если
,
то и
,
где u =
φ(x) —
произвольная функция, имеющая непрерывную
производную
3
Таблица основных неопределённых интегралов
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
Слева
в каждом равенстве стоит произвольная
(но определённая) первообразная функция
для соответствующей подынтегральной
функции, справа же — одна определённая
первообразная, к которой ещё прибавляется
константа
такая,
чтобы выполнялось равенство между этими
функциями.
Первообразные функции в этих формулах определены и непрерывны на тех интервалах, на которых определены и непрерывны соответствующие подынтегральные функции. Эта закономерность не случайна: как отмечено выше, всякая непрерывная на интервале функция имеет на нем непрерывную первообразную.
4
Определённый интеграл — аддитивный монотонный нормированный функционал, заданный на множестве пар, первая компонента которых есть интегрируемая функция или функционал, а вторая — область в множестве задания этой функции (функционала).
Данное выше определение интеграла при всей его кажущейся общности в итоге приводит к привычному пониманию определённого интеграла, как площади подграфика функции на отрезке.
Пусть f(x) определена
на [a;b].
Разобьём [a;b]на
части с несколькими произвольными
точками a = x0 < x1 < x2 < xn = b Тогда
говорят, что произведено
разбиение R отрезка [a;b] Далее
выберем произв. точку
, i =
0,
Определённым интегралом от функции f(x) на
отрезке [a;b]называется
предел интегральных сумм ΘR при
,
если он существует независимо от
разбиения R и
выбора точек ξi,
т.е.
(1)
Если существует (1), то функция f(x) называется
интегрируемой на [a;b] –
определение интеграла по Риману.
-

-
a – нижний предел.
-
b – верхний предел.
-
f(x) – подынтегральная функция.
-
λR - длина частичного отрезка.
-
σR – интегральная сумма от функции f(x) на [a;b] соответствующей разбиению R.
-
λR - максимальная длина част. отрезка.
Определение
интеграла на языке
, δ:(по
"Коши") Число I – называется
определённым интегралом от f(x) на [ a ;
b ], если для любого ε>0 существует
δ=δ(ε)>0: для любого разбиения R отрезка
[ a ; b ]: λR <
δ, выполняется неравенство: |I- σR |
= |∑n-1i=0f(ξi)
Δxi - I| < ε при любом ξi є [ xi ; xi+1] Тогда
I = ∫abf(x)dx
