- •Математический анализ 1
- •Методические указания к выполнению контрольной работы № 1 введение в анализ Предел функции
- •Второй замечательный предел
- •Варианты контрольных заданий для контрольной работы № 1 Введение в анализ
- •Основные правила дифференцирования
- •Правило дифференцирования сложной функции
- •Дифференцирование функций, заданных параметрически
- •Производная неявной функции
- •Г еометрический смысл производной
- •Правило отыскания наибольшего и наименьшего значения функции
- •Наклонные и горизонтальные асимптоты
- •Варианты контрольных заданий для контрольной работы № 2
- •Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 6
- •Литература обязательная
- •Математический анализ 1
- •080200 «Mенеджмент»
- •Отпечатано в Издательстве тпу в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета
Правило отыскания наибольшего и наименьшего значения функции
Найти первую производную и все критические точки , принадлежащие .
Вычислить значения
.Вычислить значения функции на концах промежутка.
Сравнить все полученные значения функции
,
,
и выбрать среди них наибольшее и
наименьшее.
Задача.
Найти наибольшее и наименьшее значения
функции
на промежутке
.
Решение.
Необходимое
условие экстремума
,
поэтому
,
а корни уравнения
являются критическими точками, но
промежутку принадлежит только
.
Найдем теперь
и на концах промежутка
и
.
Среди них самое большое 23, самое меньшее
7.
Выпуклость и вогнутость кривой. Точки перегиба
Пусть кривая задана
функцией
.
Определение 1. Кривая называется выпуклой вверх (вниз) на отрезке , если все точки кривой находятся ниже (выше) любой касательной к графику функции.
Определение 2.
Точка
,
отделяющая вогнутую часть от выпуклой,
называется точкой перегиба графика
функции
.
Теорема.
Если функция
дважды дифференцируема на некотором
промежутке, причем
для любого
из этого промежутка, то на этом промежутке
график функции выпуклый, если
,
то график вогнутый.
Из теоремы следует,
что для нахождения промежутков
(выпуклости) вогнутости надо найти
вторую производную функции и определить
промежутки, где она положительна
(отрицательна). Необходимым условием
существования точки перегиба является
обращение в нуль второй производной
или ее отсутствие в точке
,
то есть условие
или
.
В
случае выполнения одного из этих условий
точка
называется критической точкой второго
рода.
Достаточным условием того, что точка - точка перегиба является смена знака второй производной при переходе через критические точки второго рода.
Правило нахождения интервалов выпуклости, вогнутости и точек перегиба функции.
Указать область определения функции.
Найти критические точки второго рода, принадлежащие области определения функции.
Определить знак второй производной в каждом интервале области определения между соседними критическими точками.
По знаку
установить интервалы выпуклости,
вогнутости и по смене знака второй
производной в окрестности точки –
наличие или отсутствие точки перегиба.
Асимптоты графика функции
Определение.
Асимптотой графика функции называется
прямая, к которой неограниченно
приближается график функции при
или
.
Различают вертикальные, горизонтальные и наклонные асимптоты.
Вертикальные асимптоты. Прямая
называется вертикальной асимптотой,
если при
хотя бы один из односторонних пределов
в точке
бесконечен, т.е.
или
т. е. в точке
функция терпит разрыв второго рода.
Задача.
Найти вертикальные асимптоты функции
.
Решение.
При
и
функция не определена. Найдем односторонние
пределы
при
.
,
;
,
.
Следовательно, , вертикальные асимптоты графика.
Наклонные и горизонтальные асимптоты
Определение.
Прямая
называется наклонной асимптотой графика
функции
при
,если
эту функцию можно представить в виде
,
,
т. е. разность между ординатами
точек кривой и асимптоты при
есть бесконечно малая величина.
Теорема. Для того, чтобы график функции имел наклонную асимптоту, необходимо и достаточно, чтобы имели место соотношения:
,
,
причем эти пределы могут быть неравными
при
и при
.
Если
,
,
получаем горизонтальную асимптоту
.
Таким образом, прямая
является горизонтальной асимптотой
кривой
,
если
.
Задача 2.
Найти асимптоты графика функции
.
Решение.
. Вычислим
=
=
,
.
Найдем
:
.
Получим уравнение
асимптоты
;
убедимся, что утверждение теоремы
выполняется. Преобразуем функцию,
выделив целую часть.
,
где
,
Кроме того, функция имеет вертикальную асимптоту , т. к.
,
.
Задача 3. Найти
асимптоты графика функции
.
Решение.
Найдем
.
При
функция
терпит разрыв второго порядка, т. к.
.
Таким образом, является вертикальной асимптотой.
Найдем горизонтальные асимптоты.
,
следовательно,
является горизонтальной асимптотой.
Общая схема исследования функции
Найти область определения функции, исследовать ее поведение на границах области определения.
Найти точки разрыва и установить их характер с помощью односторонних пределов.
Исследовать периодичность, четность (нечетность), найти точки пересечения графика с осями координат.
Найти интервалы монотонности и экстремумы функции.
Найти интервалы выпуклости, вогнутости и точки перегиба графика функции.
Найти асимптоты графика.
Построить график, используя результаты исследования.
Задача
4. Провести
полное исследование и построить график
функции
.
Найдем область определения
.
из условия
,
,
,
следовательно,
,
– точки разрыва. Найдем односторонние
пределы:
,
,
,
.
Отсюда следует, что
и
– точки разрыва второго рода, и
– вертикальные асимптоты.
Для установления симметрии графика функции
найдем
=
–
,
это означает, что
– нечетная функция, и ее график симметричен
относительно начала координат. Достаточно
провести ее исследование для
.
Очевидно, что функция не является
периодической. Точка О (0,0) является
единственной точкой пересечения с осями
координат, т.к.
.
Первая производная:
,
Критические точки найдем из условий , .
а)
,
,
,
.
Решая биквадратное
уравнение, найдем
.
б)
,
,
,
.
Таким образом,
критические точки функции:
,
,
а точки
не входят в область определения,
следовательно, не являются критическими
точками. Проверим критические точки на
экстремум по первому признаку.
,
при
,
,
при
Так как производная
меняет знак при переходе через критическую
точку, то в точке
функция имеет минимум. Составим
таблицу.
|
0 |
(0, 1) |
1 |
(1; 2.05) |
2,05 |
(2,05,
|
|
0 |
|
не сущ. |
|
(min) 3,4 |
|
|
0 |
– |
не сущ. |
– |
0 |
+ |
Найдем
.
Критические
точки второго рода
найдем из условия
,
,
;
при
,откуда
.
Так как
не входят в область определения функции,
то
единственная критическая точка. Проверим
знак второй производной при переходе
через точку
при
,
при
.
меняет знак с «+» на «–», значит,
– точка перегиба, и график меняет
вогнутость на выпуклость при переходе
через критическую точку. Итак, в (0, 1)
функция выпукла, а в
– вогнута.
Найдем асимптоты. Наклонные асимптоты имеют вид: ;
=
,
,
,
отсюда уравнение наклонной асимптоты . Горизонтальные асимптоты отсутствуют, а вертикальные были найдены в п. 2.
По результатам исследования построим график. Так как
функция нечетная, то можно построить график для и отобразить его симметрично начала координат.
