- •1 Действительные числа
- •1.1 Логическая символика и терминология
- •1.2 Аксиоматика действительных чисел
- •1.3 Точные грани числовых множеств
- •1.4 Натуральные, рациональные, иррациональные числа
- •1.5 Принцип Кантора
- •1.6 Правило построения отрицания
- •2 Числовые последовательности
- •2.1 Определения
- •2.2 Предел последовательности
- •2.3 Общие свойства предела последовательности
- •2.4 Свойства сходящихся последовательностей, связанные с неравенствами
- •2.5 Бесконечно малые последовательности
- •2.6 Бесконечно большие последовательности
- •2.7 Арифметические операции над сходящимися последовательностями
- •2.8 Предел монотонной последовательности
- •2.9 Число e
- •2.10 Подпоследовательности. Частичные пределы
- •2.11 Критерий Коши сходимости последовательности
- •3 Предел функции в точке
- •3.1 Определение предела по Коши
- •3.2 Определение предела по Гейне
- •3.3 Различные типы пределов
- •3.4 Свойства пределов функции в точке
- •3.5 Предел монотонной функции
- •3.6 Бесконечно малые функции
- •3.7 Замена переменной при вычислении предела (или предел композиции функций)
- •3.8 Первый замечательный предел
- •3.9 Второй замечательный предел
- •3.10 Сравнение асимптотического поведения функций
- •4 Непрерывные функции
- •4.1 Определение
- •4.2 Точки разрыва
- •4.3 Свойства функций, непрерывных в точке (локальные свойства непрерывных функций)
- •4.4 Свойства функций, непрерывных на отрезке (глобальные свойства непрерывных функций)
- •5 Производная функции в точке
- •5 .1 Определение. Физический и геометрический смысл производной
- •5.2 Дифференциал функции
- •5.3 Правила дифференцирования
- •5.4 Дифференцирование параметрически заданных
- •5.5 Производные и дифференциалы высших порядков
- •6 Основные теоремы для дифференцируемых функций
- •6.1 Точки локального экстремума
- •6.2 Теорема Ферма
- •6.3 Теорема Ролля
- •7 Формула Тейлора
- •Формулы Маклорена для некоторых элементарных функций
- •8 Правило Лопиталя
- •9 Исследование функций с помощью производной
- •9.1 Возрастание и убывание функций
- •9.2 Экстремумы функции
- •9.3 Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
- •9.4 Выпуклость функции
- •9.5 Точки перегиба
- •9.6 Асимптоты
- •9.7 Схема исследования функции
9 Исследование функций с помощью производной
9.1 Возрастание и убывание функций
Теорема
1
(критерий возрастания дифференцируемой
на интервале функции) Для того, чтобы
дифференцируемая на интервале
функция
была возрастающей на этом интервале,
необходимо и достаточно, чтобы
.
Доказательство.
Необходимость.
Возьмем
.
Так как
возрастает на
,
то
,
Отсюда
следует, что в любом случае
.
Тогда и
.
Достаточность
следует из теоремы Лагранжа. ■
Теорема
2
(критерий убывания дифференцируемой
на интервале функции) Для того, чтобы
дифференцируемая на интервале
функция
была убывающей на этом интервале,
необходимо и достаточно, чтобы
.
Теорема
3
(достаточное условие строгого возрастания
(убывания) функции) Если
,
то
строго возрастает на интервале
.
Если
,
то
строго убывает на интервале
.
Доказательство. По теореме Лагранжа,
.
Что и требовалось доказать. ■
Теорема 4 Если непрерывна на отрезке , дифферен-цируема на интервале и для , то строго возрастает на .
9.2 Экстремумы функции
О.
Точки, в которых
,
называются стационарными.
О. Точки, в которых непрерывна, а или не существует, называются критическими
Из
теоремы Ферма следует, что если
точка экстремума, то
.
Поэтому точки экстремума следует искать
среди критических точек.
Однако
не всякая критическая точка является
точкой экстремума. Например, для
,
но
не является точкой экстремума.
Теорема
(I
достаточное условие строгого экстремума)
Пусть
дифференцируема в некоторой
и непрерывна в точке
.
Тогда 1) если
меняет знак с минуса на плюс при переходе
через точку
,
т.е.
,
а
,
то
–
точка строгого локального минимума
функции
;
2) если меняет знак с плюса на минус при переходе через точку , то – точка строгого локального максимума функции .
Докажем утверждение 1) теоремы. По теореме Лагранжа,
.
При
,
и при
.
Следовательно,
в некоторой окрестности точки
выполняется неравенство
.
Значит,
– точка локального минимума. ■
Теорема (II достаточное условие строгого экстремума)
Пусть
,
где
и выполняются условия:
.
Тогда
а) если
четное,
то
точка экстремума функции
,
а именно, если
,
то
точка максимума, если
,
то
точка минимума; б) если
нечетное,
то
не является точкой экстремума функции
.
9.3 Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
По
теореме Вейерштрасса, если
непрерывна на отрезке
,
то на этом отрезке существуют такие
точки, в которых
достигает свои максимальное и минимальное
значения. Если
имеет в точках
локальные экстремумы, то её максимальное
и минимальное значения находятся среди
чисел
.
9.4 Выпуклость функции
О.
Функция
называется выпуклой
вверх
на отрезке
,
если
выполняется неравенство:
.
То
есть для любых двух точек
и
графика функции
середина хорды
лежит ниже соответствующей точки
графика.
О.
Функция
называется выпуклой
вниз
на отрезке
,
если
выполняется неравенство:
.
Теорема
(достаточное условие выпуклости) Пусть
существует на отрезке
,
а
– на интервале
.
Тогда
а)
если
,
то
выпукла вниз на отрезке
;
б) если
,
то
выпукла вверх на отрезке
.
Замечание.
а)
если
,
то
строго выпукла вниз на отрезке
;
б) если
,
то
строго выпукла вверх на
.
