Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Shvedenko_Nachala_matematicheskogo_analiza_2011

.pdf
Скачиваний:
708
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
5.86 Mб
Скачать

241

4. pOSKOLXKU DLQ FUNKCII y = ln(1 + x) WYPOLNQ@TSQ

SOOTNO[ENIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0(x) =

 

1

 

 

 

y0(0) = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y00 x

 

(;1) 1

y

00

(0) = (;1) 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

(1+x)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y000 x

 

(;1)2 1 2

 

 

 

y000

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

(1+x)3

 

 

 

 

 

 

 

(0) = (

1)

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .;. . .

. . . . . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(n) x

 

(

 

1)n;1 1

2 (n;1)

y(n)

(0) = ( 1)

n;1

 

 

1

 

 

2

 

n

 

1)

( ) = ;

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

;

 

 

 

 

 

 

(1+x)

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

y(n+1) x

 

 

(;1)n 1

2 (n;1) n

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

 

 

(1+x)n+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FORMULA mAKLORENA DLQ \TOJ FUNKCII IMEET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x3

 

 

x4

 

 

 

n;1

xn

 

 

 

 

 

 

ln(1 + x) = x;

2

 

 

+

3

 

; 4

+ + (;1)

 

 

 

n

 

 

+ rn(x),

 

 

 

 

 

(;1)n xn+1

 

 

OSTATOK W ZAPISI lAGRANVA

 

 

 

(n+1)(1+c)n+1

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

GDE rn(x) = 8(

1)n(1

 

 

 

)n xn+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

;

 

 

 

n+1

 

(OSTATOK W ZAPISI kO[I):

 

 

 

> ;

(1+

 

 

 

 

 

 

 

<

 

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~TOBY IZ \TOJ FORMULY WYWESTI RAZLOVENIE mAKLORENA

LOGARIFMA

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(1+ x) = x ; x22 + x33 ; + (;1)n;1 xnn + ;1 < x 61 ,

SLEDUET DOKAZATX, ^TO L@BOGO FIKSIROWANNOGO ZNA^ENIQ x

IZ PROMEVUTKA (;1 1] OSTATKI r1(x) r2(x) : : : rn(x) : : :

OBRAZU@T BESKONE^NO MALU@ POSLEDOWATELXNOSTX. oKAZYWA- ETSQ, ^TO SDELATX \TO, OPIRAQSX LI[X NA ODNU IZ DWUH PRI- WEDENNYH ZAPISEJ \TIH OSTATKOW | lAGRANVA ILI kO[I | NEWOZMOVNO: ZAPISX lAGRANVA \FFEKTIWNA PRI 0 <x 61, NO NE PRI ;1 < x < 0, TOGDA KAK ZAPISX kO[I \FFEKTIWNA PRI 0 < jxj< 1, NO NE PRI x = 1.

iMENNO, ESLI 0 < x 6 1, TO PRIMENENIE DLQ OSTATKA ZAPISI lAGRANVA DAET:

242

j

rn(x)

=

(;1)

n

x

n+1

6

1

 

;!

0

 

n+1

 

 

 

 

j

 

(n+1)(1+c)

 

n+1

 

 

 

 

 

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STOIT OTMETITX, ^TO PRI ;1 < x < 0 ZNA^ENIE c (A ONO PRI

FIKSIROWANNOM x ZAWISIT OT n) OKAZYWAETSQ OTRICATELX- NYM, I O POWEDENII WELI^INY (1 + c)n PRI n ! +1 NELXZQ IZWLE^X NIKAKOJ INFORMACII.

eSLI VE 0 <

j

x

< 1, TO PRIMENENIE DLQ OSTATKA ZAPISI

kO[I1

 

 

 

 

 

j

 

)n xn+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1)n(1

 

 

 

 

(1

 

 

)n

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

rn(x)

j

=

;

 

 

 

 

;

n+1

 

 

 

=

 

 

;

 

n

j

 

j

 

x

 

n <

 

 

 

 

 

 

 

(1+

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+ x)

 

1+ x j

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

1

jxj

 

 

 

x n

 

 

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

j j j

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;!

 

tEM SAMYM DLQ L@BOGO ZNA^ENIQ x IZ PROMEVUTKA (;1 1]

WYPOLNQETSQ SOOTNO[ENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n;1

xn

 

 

 

 

ln(1+ x) =

lim

x

; 2

+

3 ;

+ (

 

1)

 

n

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!+1;

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

T. E. DLQ x 2 (;1 1] IMEET MESTO RAZLOVENIE mAKLORENA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n;1

xn

 

 

 

 

 

 

ln(1+ x) = x ; 2

+

 

3

 

; + (;1)

 

 

n

+

 

 

(W ^ASTNOSTI, ln 2 = 1; 12 + 13 ; 14 + + (;1)n;1 n1 + ).

5. dLQ FUNKCII y = (1 + x) ( PREDPOLAGAETSQ NECELYM POLOVITELXNYM ^ISLOM)

y0(0) =

y0(0) = ( ;1)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

y(n)(0) = ( ;1) ( ;n+1),

y(n+1)( x) = ( ;1) ( ;n)(1+ x) ;n;1 ,

1 s U^ETOM TOGO, ^TO IZ NERAWENSTW 0< <1 I ;1<x<1 WYTEKA@T: A) NERAWENSTWO x > ;jxj, A SLEDOWATELXNO I NERAWENSTWO 1+ x >1;jxj B) NERAWENSTWO ; < x, A SLEDOWATELXNO I NERAWENSTWO 1; <1+ x.

243

PO\TOMU FORMULA mAKLORENA DLQ \TOJ FUNKCII S OSTATKOM W ZAPISI kO[I PRINIMAET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+x) = 1+

 

x+

 

 

 

(

;1) x2+

 

+

 

 

( ;1) ( ;

 

 

+1) xn+rn(x),

 

 

 

 

 

 

 

 

GDE

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rn(x) = ( ;1) ( ;n+1)( ;n)

(1+ x) ;n;1 (1

;

)nxn+1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zAPISAW jrn(x)j W WIDE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

rn(x)

j

= j1; j j2; j jn; j

 

 

(1; ) n

(1+ x)

 

 

j

x

 

n+1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 n

 

 

 

 

 

 

 

(1+x)

 

 

 

1+ x

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

SLEDUET ZAMETITX:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A)

POSKOLXKU

jn; j < 1

PRI

 

n > , POSLEDOWATELXNOSTX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POLOVITELXNYH ^ISEL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1; j ,

j1; jj2; j

,

 

: : :

 

,

 

j1; jj2

; j jn; j , : : :

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QWLQETSQ (NA^INAQ S NEKOTOROGO \NOMERA" n) UBYWA@]EJ, A

SLEDOWATELXNO, OGRANI^ENNOJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B) TAK KAK 0 < < 1, PRI WYPOLNENII NERAWENSTWA

;1 < x

WYPOLNQ@TSQ TAKVE NERAWENSTWA 0 <

1

;

<

1 + x,

W SILU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KOTORYH POSLEDOWATELXNOSTX

 

(1;

) n

 

QWLQETSQ OGRANI^EN-

NOJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+

x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+x)

 

 

 

(1+jxj) , A POSLEDOWATELX-

 

W)

ESLI

 

 

1 < x <

1, TO

<

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+x

 

 

 

 

 

 

1;jxj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NOSTX

 

jxjn

 

QWLQETSQ BESKONE^NO MALOJ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1 1)

 

s U^ETOM \TIH ZAME^ANIJ DLQ L@BOGO ZNA^ENIQ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ;

 

WYPOLNQETSQ SOOTNO[ENIE

 

 

rn(x) = 0, A SLEDOWATELXNO,

I SOOTNO[ENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

n!+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+x) = lim ;1+

x+

 

(

 

;1) x2

+

 

+

 

 

( ;1) (

 

;

 

+1) xn ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n!+1

1

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^TO (PO OPREDELENI@) OZNA^AET SPRAWEDLIWOSTX RAZLOVENIQ

mAKLORENA STEPENI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+ x) = 1+

x+

 

 

( ;1) x2 +

 

 

(

 

;1)( ;2) x3 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

<1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

244

nE SLEDUET DUMATX, ^TO ESLI FUNKCIQ y = f(x) IMEET PRI x = 0 PROIZWODNYE WSEH PORQDKOW, TO DLQ NEE NEPREMENNO IMEET MESTO RAZLOVENIE mAKLORENA

f(x) = f(0)+

f 0(0)

x+

f00(0)

2

+ +

f(n)(0)

n

+

( )

1!

2!

x

n! x

 

(ESLI NE DLQ WSEH, TO HOTQ BY DLQ NEKOTORYH ZNA^ENIJ x)1. tO, ^TO \TO NE WSEGDA TAK, POKAZYWAET PREDLOVENNYJ kO[I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

1

 

ESLI x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

def

exp

 

2

 

 

([35], S. 394) PRIMER FUNKCII f(x) =

 

 

 

;;x

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

ESLI x = 0

DLQ KOTOROJ (SM. S. 218)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

exp;;

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ESLI x 6= 0

 

0

 

x3

x2

 

 

 

 

 

 

 

f

 

(x) = 8lim f(x);f(0)

= lim

1

exp

 

 

1

 

 

= 0

ESLI x = 0:

 

 

 

 

2

 

 

 

:

x

x!0 x ;;x

 

 

 

 

 

 

 

 

<x!0

 

 

 

 

 

 

pOSKOLXKU PROIZWODNAQ L@BOGO PORQDKA \TOJ FUNKCII PRI x 6= 0PREDSTAWLQET SOBOJ SUMMU (WZQTYH S ^ISLOWYMI KO\FFICIENTAMI) PROIZWEDENIJ OTRICATELXNYH STEPENEJ x

 

 

1

 

 

exp(;

1

)

 

 

 

 

 

x2

 

NA exp

2

 

, A lim

n

= 0 PRI L@BOM n > 1 (SM. S. 218),

 

;;x

x!0

x

 

ZNA^ENIE NULX PRI x = 0 IMEET NE TOLXKO SAMA FUNKCIQ I EE

PROIZWODNAQ, NO TAKVE EE WTORAQ I WSE POSLEDU@]IE PROIZ-

WODNYE: f(0) = 0 f 0(0) = 0 f 00(0) = 0 f 000(0) = 0 : : : kAK SLEDSTWIE DLQ DANNOJ FUNKCII:

A) MNOGO^LEN mAKLORENA (L@BOGO PORQDKA) ESTX NULX

B) ASIMPTOTI^ESKAQ FORMULA mAKLORENA IMEET (DLQ PRO-

IZWOLXNO WZQTOGO n = 1 2 : : : ) WID exp;;x12 = o;xn x ! 0, TAK ^TO U FUNKCII NET GLAWNOJ ^ASTI WIDA c x PRI x ! 0

W) OT FORMULY mAKLORENA S OSTATKOM (W L@BOJ ZAPISI)

NET NIKAKOGO PROKU (OSTATOK SOWPADAET S SAMOJ FUNKCIEJ) G) RAWENSTWO ( ) IMEET MESTO LI[X PRI x = 0.

1 pOMIMO NE PREDSTAWLQ@]EGO INTERESA ZNA^ENIQ x = 0.

245

V.3. kAKOWY DOSTATO^NYE USLOWIQ LOKALXNOGO \KSTREMUMA FUNKCII1

1. eSLI FUNKCIQ y = f(x) NEPRERYWNA W TO^KE x0 , A W LEWOJ I PRAWOJ OKRESTNOSTQH \TOJ TO^KI IMEET PROIZWODNU@ f 0(x), SOHRANQ@]U@ ZNAK, NO MENQ@]U@ EGO PRI PEREHODE IZ LEWOJ OKRESTNOSTI W PRAWU@, TO x0 QWLQETSQ DLQ FUNK-

CII TO^KOJ STROGOGO LOKALXNOGO \KSTREMUMA: MAKSIMU- MA, ESLI ZNAK PROIZWODNOJ MENQETSQ S PL@SA NA MINUS, I MINIMUMA, ESLI ON MENQETSQ S MINUSA NA PL@S.

dOKAZATELXSTWO. wZQW PROIZWOLXNO TO^KU x W L@BOJ IZ UKAZANNYH OKRESTNOSTEJ I PRIMENQQ K FUNKCII y = f(x) NA OTREZKE I S KONCEWYMI TO^KAMI x0 I x TEOREMU lAGRANVA (SM. S. 209), RAZNOSTX f(x);f(x0) MOVNO PREDSTAWITX W WIDE f(x) ; f(x0) = f 0(c)(x ;x0), GDE c | TO^KA, PROMEVUTO^NAQ

MEVDU x0. oSTAETSQ ZAMETITX, ^TO (POSKOLXKU TO^KA c LEVIT W TOJ VE OKRESTNOSTI TO^KI x0 , ^TO I TO^KA x) ESLI PROIZ- WODNAQ FUNKCII PRI PEREHODE IZ LEWOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 W PRAWU@ MENQET ZNAK, NAPRIMER, S MINUSA NA PL@S, TO (S U^ETOM TOGO, ^TO S MINUSA NA PL@S MENQET ZNAK I RAZNOSTX x;x0) RAZNOSTX f(x);f(x0) OSTAETSQ POLOVITELXNOJ, A PO- TOMU x0 OKAZYWAETSQ TO^KOJ STROGOGO LOKALXNOGO MINIMUMA

FUNKCII y = f(x). Q.E.D.

2. eSLI W TO^KE x0 FUNKCIQ y = f(x) IMEET PROIZWODNU@,

RAWNU@ NUL@, I WTORU@ PROIZWODNU@, KOTORAQ OTLI^NA OT NULQ, TO W TO^KE x0 U FUNKCII ESTX STROGIJ LOKALXNYJ

\KSTREMUM: MAKSIMUM, ESLI f 00(x0) < 0, I MINIMUM, ESLI f 00(x0) > 0.

|TO UTWERVDENIE ESTX U lAGRANVA ([44], S. 210{211).

1 nEOBHODIMOE USLOWIE \KSTREMUMA OBSUVDALOSX WY[E (SM. S. 207). oPREDELENIQ RAZNOWIDNOSTEJ \KSTREMUMOW PRIWEDENY NA S. 206.

246

dOKAZATELXSTWO. pRIMENENIE ASIMPTOTI^ESKOJ FORMULY

tEJLORA (SM. S. 229) PRI n = 2 DAET PRI x

! x0

 

 

 

 

 

 

 

f x

f x

 

f 0

x x

 

x

 

 

 

f

00 x

 

 

x

 

 

 

o x

 

x

 

 

 

 

;

0) +

 

(

0) x

0)

2

+

;

0)

2

,

( ) =

 

(

0)+

( 0)(

 

 

 

2!

 

(

;

 

 

(

 

 

IZ ^EGO SLEDUET (POSKOLXKU f 0(x0) = 0),

^TO

 

 

;

 

 

 

 

 

f(x) ;f(x0) = (x;x0)2

f 00

x

 

 

 

 

 

PRI x ! x0

 

 

 

 

 

 

2!(

0) +o(1)

,

 

 

 

 

A TAK KAK

 

 

f

00 x

0)

 

o

 

 

 

 

f

00

x

 

 

RAZNOSTX f x

 

f x

xlim!x0

 

(

+

(1) =

 

(

0)

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

2!

6= 0,

 

 

 

 

 

( ); (

0)

OKAZYWAETSQ DLQ L@BOGO x IZ DOSTATO^NO MALOJ OKRESTNOS-

TI TO^KI x0

^ISLOM TOGO VE ZNAKA, ^TO I ^ISLO f 00(x0),

 

0

 

=

( )

W SILU ^EGO x

 

OKAZYWAETSQ DLQ FUNKCII y

 

f x TO^KOJ

STROGOGO LOKALXNOGO MAKSIMUMA, ESLI f 00(x0) < 0, I TO^KOJ STROGOGO LOKALXNOGO MINIMUMA, ESLI f 00(x0) > 0 Q.E.D.

3. eSLI FUNKCIQ y = f(x) IMEET W TO^KE x0:

A) PROIZWODNYE f 0(x0), f 00(x0) : : : f(n;1)(x0), RAWNYE NUL@,

B) PROIZWODNU@ f(n)(x0), OTLI^NU@ OT NULQ,

TO W SLU^AE ^ETNOGO n U FUNKCII W TO^KE x0 ESTX STRO-

GIJ LOKALXNYJ \KSTREMUM: MAKSIMUM, ESLI f(n)(x0) < 0, I MINIMUM, ESLI f(n)(x0) > 0 W SLU^AE VE NE^ETNOGO n

\KSTREMUMA U FUNKCII W TO^KE x0 NET.

|TO UTWERVDENIE PRIWEDENO U lAGRANVA NA S. 211{213 EGO MONOGRA- FII [44].

dOKAZATELXSTWO. tAK KAK W SDELANNYH PREDPOLOVENIQH OTNOSITELXNO FUNKCII EE MNOGO^LEN tEJLORA PORQDKA n ESTX

p

n( ;

0) =

( 0)+

f (n) x

0)

( ; 0) ,

SOOTWETSTWU@]U@ ASIMP

-

n!

 

x x

 

f x

(

 

x x

n

 

TOTI^ESKU@ FORMULU tEJLORA

 

 

 

 

 

 

 

f(x) = pn(x

;x0) + o (x;x0)n x ! x0 ,

 

MOVNO ZAPISATX W WIDE

 

 

 

; f(n)(x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) ;f(x0) = (x;x0)n

n! 0

+ o(1) , x ! x0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

247

 

f(n) x

0)

 

 

f(n) x

0)

 

tAK KAKxlim!x0

(

 

+o(1) =

(

6= 0,TO W SLU^AE ^ET-

n!

 

 

n!

 

NOGO n RAZNOSTX f(x) ; f(x0) OKAZYWAETSQ DLQ L@BOGO x IZ

DOSTATO^NO MALOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 ^ISLOM TOGO VE ZNAKA, ^TO I ^ISLO f(n)(x0), W SILU ^EGO x0 OKAZYWAETSQ DLQ FUNKCII y = f(x) TO^KOJ STROGOGO LOKALXNOGO MAKSIMUMA: MAKSIMUMA, ESLI f(n)(x0) < 0, I MINIMUMA, ESLI f(n)(x0) > 0

PRI NE^ETNOM VE n RAZNOSTX f(x) ; f(x0) MENQET (WMESTE S (x;x0)n) ZNAK PRI PEREHODE ^EREZ TO^KU x0 , TAK ^TO \KSTRE- MUMA W \TOJ TO^KE U FUNKCII y = f(x) NET. Q.E.D.

tRI WY[EPRIWEDENNYE UTWERVDENIQ DA@T DOSTATO^NYE USLOWIQ NALI^IQ \KSTREMUMA WO WNUTRENNEJ TO^KE x0 MNO- VESTWA ZADANIQ FUNKCII. sLEDU@]IE ANALOGI PERWOGO IZ UTWERVDENIJ OTNOSITSQ K SLU^A@, KOGDA FUNKCIQ y = f(x) ZADANA (ILI RASSMATRIWAETSQ) NA PROMEVUTKE, I x0 QWLQ- ETSQ EGO KONCEWOJ TO^KOJ (WKL@^AEMOJ W \TOT PROMEVUTOK).

10. eSLI x0 | LEWAQ KONCEWAQ TO^KA PROMEVUTKA, A FUNK- CIQ y = f(x) IMEET PROIZWODNU@ POSTOQNNOGO ZNAKA W PRA-

WOJ OKRESTNOSTI \TOJ TO^KI, QWLQQSX NEPRERYWNOJ SPRAWA

W SAMOJ TO^KE x0 , TO x0 ESTX TO^KA STROGOGO LOKALXNO-

GO \KSTREMUMA DANNOJ FUNKCII NA DANNOM PROMEVUTKE:

MAKSIMUMA ILI MINIMUMA SOOTWETSTWENNO TOMU, QWLQETSQ

PROIZWODNAQ f 0(x) OTRICATELXNOJ ILI POLOVITELXNOJ W PRAWOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 .

dOKAZATELXSTWO. wZQW W PRAWOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0

L@BU@ TO^KU x I PRIMENIW K FUNKCII y = f(x) NA OTREZ-

KE [x0 x] TEOREMU lAGRANVA, RAZNOSTX f(x) ; f(x0) MOVNO ZAPISATX W WIDE f(x) ; f(x0) = f 0(c)(x ; x0), GDE c | TO^KA, PROMEVUTO^NAQ MEVDU x0 I x. iZ \TOGO SLEDUET, ^TO RAZ- NOSTX f(x) ;f(x0) DLQ L@BOGO WZQTOGO x IMEET TOT VE ZNAK,

^TO I PROIZWODNAQ W PRAWOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0. Q.E.D.

248

100. eSLI x0 | PRAWAQ KONCEWAQ TO^KA PROMEVUTKA I, A FUNKCIQ y = f(x) IMEET PROIZWODNU@ POSTOQNNOGO ZNAKA W

LEWOJ OKRESTNOSTI \TOJ TO^KI, QWLQQSX NEPRERYWNOJ SLE-

WA W SAMOJ \TOJ TO^KE, TO x0 ESTX TO^KA STROGOGO LOKALX- NOGO \KSTREMUMA DANNOJ FUNKCII NA DANNOM PROMEVUTKE: MAKSIMUMA ILI MINIMUMA SOOTWETSTWENNO TOMU, QWLQETSQ PROIZWODNAQ POLOVITELXNOJ ILI OTRICATELXNOJ W LEWOJ OKRESTNOSTI TO^KI x0 .

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pRIMERY

. 1.

y = x3 (1

; x)3 . dANNAQ FUNKCIQ IMEET PRI

 

 

 

 

WSEH ZNA^ENIQH x, KROME x = 0 I x = 1, PROIZWODNU@

 

2

2

1

1

 

 

2

 

1

 

 

y0 =

1

x;3

(1;x)3

;

2

x3 (1;x);3 =

1

x;3 (1;x);3

(1;x) ; 2x ,

3

3

3

KOTORAQ OBRA]AETSQ W NULX TOLXKO PRI x =

1

,

PO\TOMU WOZ-

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

MOVNYMI TO^KAMI \KSTREMUMA DANNOJ FUNKCII QWLQ@TSQ

LI[X TO^KI x = 0, x = 1

I x =

1

 

. w KAVDOJ IZ \TIH TO^EK

 

FUNKCIQ NEPRERYWNA, NO:

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRI PROHOVDENII ^EREZ TO^KU x = 0 PROIZWODNAQ OSTAETSQ

POLOVITELXNOJ, TAK ^TO FUNKCIQ WOZRASTAET2 W OKREST-

NOSTI \TOJ TO^KI I POTOMU NE IMEET W NEJ \KSTREMUMA PRI PROHOVDENII ^EREZ TO^KU x = 13 (SLEWA NAPRAWO) PRO-

IZWODNAQ MENQET ZNAK S PL@SA NA MINUS, PO\TOMU x = 13 ESTX TO^KA STROGOGO LOKALXNOGO MAKSIMUMA DANNOJ FUNKCII

PRI PROHOVDENII ^EREZ TO^KU x = 1 (SLEWA NAPRAWO) PRO- IZWODNAQ MENQET ZNAK S MINUSA NA PL@S, W SILU ^EGO x = 1

ESTX TO^KA STROGOGO LOKALXNOGO MINIMUMA FUNKCII.

2. y = x ; ln(1 + x). dANNAQ FUNKCIQ OPREDELENA NA PRO- MEVUTKE ;1 < x < +1 I IMEET W L@BOJ EGO TO^KE PROIZWOD-

NU@ y0 = 1; 1 , RAWNU@ NUL@ LI[X PRI x = 0. pOSKOLXKU x+1

2 sM. S. 212, PRIZNAK WOZRASTANIQ FUNKCII NA PROMEVUTKE.

y000 = 4x(3;x2) (x2+1)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

249

y00 =

1

> 0, ZNA^ENIE x = 0 ESTX TO^KA STROGOGO LOKALX-

2

 

(x+1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NOGO MINIMUMA DANNOJ FUNKCII.

 

 

 

 

 

 

3.

y = x

;

ln(x2 + 1). dANNAQ IMEET W L@BOJ TO^KE DEJ-

 

 

 

 

0

 

2x

 

 

 

 

STWITELXNOJ OSI PROIZWODNU@ y

 

= 1; x2+1 , RAWNU@ NUL@

LI[X PRI x = 1. wTORAQ PROIZWODNAQ y00 = 2

x2

TAK-

2

;12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

+1)

 

VE RAWNA NUL@ PRI x = 1. pOSKOLXKU TRETXQ PROIZWODNAQ NE RAWNA NUL@ PRI x = 1, SLEDUET WYWOD: FUNK-

CIQ NE IMEET TO^EK \KSTREMUMA NA DEJSTWITELXNOJ OSI.

4. nAJTI NAIBOLX[EE I NAIMENX[EE ZNA^ENIQ FUNKCII

y =

1;x+x22

NA OTREZKE1 0 6 x 6 1. w L@BOJ TO^KE DANNOGO

 

1+x;x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OTREZKA FUNKCIQ IMEET PROIZWODNU@

 

 

 

 

y0

 

(;1+2x)(1+x;x2);(1;2x)(1;x+x2)

2(2x;1)

 

 

=

 

(1+x;x2)2

= (1+x;x2)2 ,

RAWNU@ NUL@ PRI x =

1

, OTRICATELXNU@ PRI x <

1

I POLO-

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

VITELXNU@ PRI x >

 

. w SOOTWETSTWII S UTWERVDENIQMI 1,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

1' I 1" SLEDUET WYWOD:

ZNA^ENIE x =

QWLQETSQ DLQ FUNKCII

 

 

1;x+x22

 

 

 

2

 

 

 

 

y =

NA OTREZKE 0 6 x 6 1 TO^KOJ STROGOGO LOKALX-

1+x;x

NOGO MINIMUMA, A ZNA^ENIQ x = 0 I x = 1 (KONCEWYE TO^KI

OTREZKA) | TO^KAMI STROGOGO LOKALXNOGO MAKSIMUMA. pOD-

S^ET ZNA^ENIJ FUNKCII PRI x =

1

, x = 0 I

x = 1 PRIWODIT

2

 

 

 

 

3

 

 

K ZAKL@^ENI@: NAIMENX[EE ZNA^ENIE y =

 

FUNKCIQ PRINI-

 

 

1

 

5

 

 

MAET WO WNUTRENNEJ TO^KE x =

 

OTREZKA [0 1] NAIBOLX[EE

2

ZNA^ENIE y = 1 FUNKCIQ PRINIMAET W KONCEWYH TO^KAH x = 0

Ix = 1 \TOGO OTREZKA.

1 nA \TOM OTREZKE FUNKCIQ NEPRERYWNA, PO\TOMU SU]ESTWOWANIE NAIBOLX[EGO I NAIMENX[EGO ZNA^ENIJ FUNKCII NA \TOM OTREZKE OBES- PE^IWAETSQ SWOJSTWOM DOSTIVENIQ NEPRERYWNOJ FUNKCIEJ NA OTREZKE EE TO^NOJ WERHNEJ I TO^NOJ NIVNEJ GRANEJ (SM. S. 147, TEOREMA 2).

250

V.4. kAKU@ FUNKCI@ NAZYWA@T WYPUKLOJ NA PROMEVUTKE

fUNKCI@ y = f(x) NAZYWA@T WYPUKLOJ WNIZ NA PROME- VUTKE I, ESLI PRI L@BOM WYBORE TO^EK x1 < x < x2 \TOGO PROMEVUTKA TO^KA P (x f(x)) LEVIT POD OTREZKOM, SOEDINQ-

@]IM TO^KI P1(x1 f(x1)) I P2(x2 f(x2)) (RIS. 16, A). ~ASTO \TO WYRAVA@T SLOWAMI: DUGA GRAFIKA FUNKCII MEVDU TO^- KAMI P1(x1 f(x1)) I P2(x2 f(x2)) LEVIT NIVE SOEDINQ@]EGO \TI TO^KI OTREZKA HORDY GRAFIKA.

rIS. 16

fORMULXNYM WYRAVENIEM DANNOGO TREBOWANIQ1 SLUVIT

WYPOLNENIE DLQ L@BYH ZNA^ENIJ x

 

< x < x

 

x x

2 2

I

,

NE-

RAWENSTWA

f x

 

f x

<

f x

f x

 

1

 

2

1

 

 

( );

 

( 1)

 

( 2);

( )

, OZNA^A@]EGO, ^TO \UGLO-

 

 

x;x1

 

 

x2 ; x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WOJ KO\FFICIENT" OTREZKA P1P MENX[E \UGLOWOGO KO\FFI-

CIENTA" OTREZKA P P2

(RIS. 16, B).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 s U^ETOM TOGO,

^TO DLQ TO^EK (x y) HORDY GRAFIKA WYPOLNQETSQ

RAWENSTWO

y ;f(x1)

=

f(x2); y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x;x1

x2 ;x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]