Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вища математика1 / КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ.docx
Скачиваний:
444
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
3.85 Mб
Скачать

Глава 7: Застосування похідних до дослідження функцій

§ 1 Загальні властивості функцій, неперервних на замкненому проміжку

У цьому параграфі наводимо без доведення дві теореми, які виражають істотні властивості, притаманні неперервним функціям. В дальшому викладі при доведенні теорем будемо спиратися на ці теореми як на очевидні факти.

Теорема 1. (Про найбільшу й найменшу вартість функції). Якщо функція f(x) неперервна на замкненому проміжку [a, b], то вона набуває на цьому проміжку принаймні один раз своєї найбільшої і своєї найменшої вартостей.

Строге доведення цієї теореми (як і наступної) грунтується на теорії дійсних чисел. Ми обмежимося поясненням її змісту, використавши при цьому геометричне зображення функцій.

Теорема твердить, що коли функція f(x) неперервна на проміжку [a, b], то існує на ньому принаймні одна така точка х1 (рис. 47), що для всіх вартостей х з проміжку axb буде виконуватись нерівність

f(x)f(x1).

 

Вартість f(x1) називається найбільшою вартістю функції f(x) на проміжку [a, b] і позначається літерою М

f(x1)

За тих же умов теорема твердить про існування принаймні однієї точки x2 на проміжку [a, b], що для всіх вартостей х з розглянутого проміжку буде виконуватися нерівність

f(x1)f(x).

 

Вартість f(x2) називається найменшою вартістю функції f(x2) на проміжку [a, b] і позначаються літерою m.

 

Може здатися, що твердження теореми зовсім очевидне і тривіальне. Але достатньо взяти відкритий проміжок (a, b) - і ми переконаємося, що теорема стає невірною. Розглянемо, наприклад, неперервну функцію f(x)=х2 (рис.48) на відкритому проміжку (-2, 2). Вона набуває найменшої вартості нуль в точці х=0, але не можна вказати таку точку, для якої функція має найбільшу вартість. Справді, яку б не взяли ми точку х1 лівіше правого кінця х=2 (або праворуч лівого кінця х=-2), завжди знайдеться інша точка, наприклад, х2= (посередині між х=х1 та х=2), в якій функція х=х2має більшу вартість, аніж у точці х=х1. Коли б точки х=-2 та х=2 не були виключені, тобто, якщо б ми розглядали функцію у=х2 на замкненому проміжку [-2, 2], існувала б найменша вартість функції 4 аж у двох точках х=-2 та х=2.

Якщо взяти, наприклад, функцію у=х, яка є неперервною в будь-якому відкритому проміжку, то неважко переконатися, що вона не досягає в ньому ні найбільшої, ні найменшої вартості.

Теорема 2. Якщо функція f(x) неперервна на замкненому проміжку [a, b] і має на його кінцях протилежні знаки, тобто f(a)•f(b)<0, то вона принаймні один раз стає нулем всередині цього проміжку.

Припустимо, що f(x) неперервна функція на проміжку [ab] і що f(а)>0, а f(b)<0 (рис.49)

Теорема твердить, що існує принаймні одна точка всередині проміжку [ab] така, що . З рис. 49 видно, що перехід функції від додаткової вартості f(а) до від’ємної f(b), зважаючи на неперервність кривої – графіка неперервної функції, - відбудеться з обов’язковим перетином осі Ох принаймні в одній точці . Розривні функції (рис.50), взагалі кажучи, не мають цієї властивості. З теореми 2 як наслідок випливає третя важлива теорема про неперервність функції.

Теорема 3. (про проміжні вартості функції). Якщо функція f(x) неперервна на замкненому проміжку [ab] і має на його кінцях нерівні між собою вартості f(а)=А і f(b)=B, то всередині проміжку вона набуває принаймні один раз будь-якої вартості С, що міститься між А та В.

Доведення. Нехай A<B. (Припущення B<A не змінює суті міркувань). Тоді A<C<B.

Введемо допоміжну функцію

F(x)=f(x)-C.

 

На проміжку [ab] ця функція неперервна, бо неперервна на ньому, за припущенням, f(x). Але F(a)=f(a)-C=A-C<0 і F(b)=f(b)-C=B-C>0. Отже, за теоремою 2, функція F(x) стає нулем при деякому . Тому

,

 

тобто . Це й треба було довести.

Геометричний зміст цієї теореми такий: будь-яка пряма у=С, паралельна осі Ох, перетне графік функції f(x) принаймні в одній точці, якщо тільки С міститься між A=f(a) та B=f(b). На рис.51 маємо три таких точки .

 

Теорему 3 часто формулюють так: неперервна функція, переходячи від одної вартості до іншої, набуває усіх проміжних вартостей. Звичайно, розривна функція не має такої властивості. Між вартостями А1 та В2 (рис.50) немає вартостей функції (вона їх набуває), зображеної на цьому рисунку.

Теорему 2 можна застосувати до наближеного обчислення коренів рівняння. Вартість х=х0, при якій функція f(x) стає нулем, зветься коренем функції або коренем рівняння f(x)=0.

Соседние файлы в папке Вища математика1