16. Условия сущ. Экстремула

Необходимое условие существования экстремума. Для того, чтобы дифференцируемая функция f(x) имела в точке х₀ локальный экстремум, необходимо, чтобы в этой точке выполнялось равенство f(x₀)=0.

Доказательство.

Поскольку х₀ – точка экстремума, то существует такой интервал (х₀-, х₀+), на котором f(x₀) – наибольшее или наименьшее значение. Тогда по теореме Ферма f(x₀)=0.

Точки, в которых производная функция обращается в нуль, называются стационарными.

Достаточное условие существование экстремума. Если при переходе через точку х₀ производная дифференцируемой функции f(x) меняет свой знак с плюса на минус, то точка х₀ – точка локального максимума функции f(x), а если с минуса на плюс, то х₀ – точка локального минимума.

Доказательство.(для максимума, для минимума – аналогично, то бишь самостоятельно)

Пусть f(x) – непрерывная дифференцируемая функция. f(x) меняет знак с «+» на «-». Пусть для любого х (х₀ -, х₀ f(x)>0  по достаточному условию монотонности производная возрастает на данном интервале  f(x₀)f(x) x₀-, x₀

Пусть для х₀,х₀+ f(x)<0, следовательно, функция убывает на хх₀,х₀+ f(x₀)f(x) для любого хх₀,х₀+).

Вывод: для любого х  (х₀-, х₀+) х₀ – точка максимума для функции у=f(x). Ч.т.д.

17. Отыскание наибольшего и наименьшего значений функции, заданной на отрезке.

Наибольшее значение достигается в некоторой точке х₀ [a,b]. При этом возможны лишь следущие 3 случая: 1) х₀=а, 2) х₀=b, 3)х₀(a,b). Пусть х₀(a,b). Тогда х₀ – точка локального экструмума и, если существует f(x₀), f(x₀)=0. Однако производная f(x₀) может и не существовать.

Критической точкой функции f(x) называется точка, в которой производная f(x) либо не существует, либо равна нулю.

Из определения вытекает, что точка локалького экстремума x₀ является критической точкой функции f(x) . Предположим, что критические точки функции f(x) на интервале (a; b) образуют конечное множество {x₁,x₂, …,x_n}. Из сказанного выше следует, что точка x₀ , в которой функция принимает наибольшее (или наименьшее) значение, совпадает с одной из точек: a,b,x₁,…x_n. Поэтому для максимального значения функции f(x) на отрезке [a,b] имеем равенство f_max=max{f(a),f(b),f(x₁),…f(x_n)}. Аналогично для минимального значения f_min=min { f(a),f(b),f(x₁),…f(x_n)}.

18. Общая схема исследования функции и построения ее графика.

1.Область определения функции, поведение функции на границе области определения. Асимптоты. Точки пересечения с осями.

(Справка: для нахождения асимптот рассматриваем односторонние пределы (вертикальная асимптота), и пределы при х→∞ для выражений f(x)/х (предел равен к) и f(x)-кх (b) (наклонная асимптота у=кх+b). Подробнее вопр.1.3.

2.Четность, нечетность. Периодичность.

(справка: четная f(-x)=f(x); нечетная f(-x)=-f(x). Периодичность f(x+Т)=f(x)=f(x-Т))

3.Монотонность и экстремумы. (Функции, убывающие или возрастающие на некотором числовом промежутке, называются монотонными. Находим производную, критические точки. промежутки возрастания и убывания, точки максимума и минимума).

4.Выпуклость, вогнутость, точки перегиба. (Для этого находим вторую производную, точки перегиба, распределяем знаки второй производной: -вогнутая, +выпуклая)

5.График функции с обозначением всех найденных точек и асимптот.