это быстро и бесплатно
Оформите заказ сейчас и получите скидку 100 руб.!
Ознакомительный фрагмент работы:
Рассмотрим график непрерывной функции y=f(x), изображенной на рисунке. Значение функции в точке x1 будет больше значений функции во всех соседних точках как слева, так и справа от x1. В этом случае говорят, что функция имеет в точке x1 максимум. В точке x3 функция, очевидно, также имеет максимум. Если рассмотреть точку x2, то в ней значение функции меньше всех соседних значений. В этом случае говорят, что функция имеет в точке x2 минимум. Аналогично для точки x4.
Функция y=f(x) в точке x0 имеет максимум, если значение функции в этой точке больше, чем ее значения во всех точках некоторого интервала, содержащего точку x0, т.е. если существует такая окрестность точки x0, что для всех x≠x0, принадлежащих этой окрестности, имеет место неравенство f(x)<f(x0).
Функция y=f(x) имеет минимум в точке x0, если существует такая окрестность точки x0, что для всех x≠x0, принадлежащих этой окрестности, имеет место неравенство f(x)>f(x0.
Точки, в которых функция достигает максимума и минимума, называются точками экстремума, а значения функции в этих точках экстремумами функции.
Обратим внимание на то, что функция, определенная на отрезке, может достигать максимума и минимума только в точках, заключенных внутри рассматриваемого отрезка.
Отмети, что если функция имеет в точке максимум, то это не означает, что в этой точке функция имеет наибольшее значение во всей области определения. На рисунке, рассмотренном выше, функция в точке x1 имеет максимум, хотя есть точки, в которых значения функции больше, чем в точке x1. В частности, f(x1) < f(x4) т.е. минимум функции больше максимума. Из определения максимума следует только, что это самое большое значение функции в точках, достаточно близкихк точке максимума.
Теорема 1. (Необходимое условие существования экстремума.) Если дифференцируемая функция y=f(x) имеет в точке x= x0 экстремум, то ее производная в этой точке обращается в нуль.
Доказательство. Пусть для определенности в точке x0 функция имеет максимум. Тогда при достаточно малых приращениях Δx имеем f(x0+ Δx)<f(x0), т.е. КАРТИНКА 2, но тогда
КАРТИНКА 3
Переходя в этих неравенствах к пределу при Δx→ 0 и учитывая, что производная f '(x0) существует, а следовательно предел, стоящий слева, не зависит от того как Δx → 0, получаем: при Δx → 0 – 0 f'(x0) ≥ 0 а при Δx → 0 + 0 f'(x0) ≤ 0. Так как f '(x0) определяет число, то эти два неравенства совместны только в том случае, когда f '(x0) = 0.
Доказанная теорема утверждает, что точки максимума и минимума могут находиться только среди тех значений аргумента, при которых производная обращается в нуль.
Мы рассмотрели случай, когда функция во всех точках некоторого отрезка имеет производную. Как же обстоит дело в тех случаях, когда производная не существует? Рассмотрим примеры.
Примеры.
1) КАРТИНКА 4
y=|x|.
Функция не имеет производной в точке x=0 (в этой точке график функции не имеет определенной касательной), но в этой точке функция имеет минимум, так как y(0)=0, а при всех x≠ 0y > 0.
2) КАРТИНКА 5
Функция КАРТИНКА 6 не имеет производной при x=0, так как КАРТИНКА 7 обращается в бесконечность приx=0. Но в этой точке функция имеет максимум.
3) КАРТИНКА 10
Функция КАРТИНКА 8 не имеет производной при x=0, так как КАРТИНКА 9 при x→0. В этой точке функция не имеет ни максимума, ни минимума. Действительно, f(x)=0 и при x<0f(x)<0, а при x>0f(x)>0.
Таким образом, из приведенных примеров и сформулированной теоремы видно, что функция может иметь экстремум лишь в двух случаях: 1) в точках, где производная существует и равна нулю; 2) в точке, где производная не существует.
Однако, если в некоторой точке x0 мы знаем, что f '(x0)=0, то отсюда нельзя делать вывод, что в точке x0 функция имеет экстремум.
НАПРИМЕР
КАРТИНКА 12
КАРТИНКА 11
Но точка x=0 не является точкой экстремума, поскольку слева от этой точки значения функции расположены ниже оси Ox, а справа выше.
Значения аргумента из области определения функции, при которых производная функции обращается в нуль или не существует, называются критическими точками.
Из всего вышесказанного следует, что точки экстремума функции находятся среди критических точек, и, однако, не всякая критическая точка является точкой экстремума. Поэтому, чтобы найти экстремум функции, нужно найти все критические точки функции, а затем каждую из этих точек исследовать отдельно на максимум и минимум. Для этого служит следующая теорема.
Теорема 2. (Достаточное условие существования экстремума.) Пусть функция непрерывна на некотором интервале, содержащем критическую точку x0, и дифференцируема во всех точках этого интервала (кроме, быть может, самой точки x0). Если при переходе слева направо через эту точку производная меняет знак с плюса на минус, то в точке x = x0 функция имеет максимум. Если же при переходе через x0 слева направо производная меняет знак с минуса на плюс, то функция имеет в этой точке минимум.
Таким образом, если
1) f '(x)>0 при x<x0 и f '(x)<0 при x> x0, то x0 – точка максимума;
2) КАРТИНКА 13 при x<x0 и f '(x)>0 при x> x0, то x0 – точка минимума.
Доказательство. Предположим сначала, что при переходе через x0 производная меняет знак с плюса на минус, т.е. при всех x, близких к точке x0 f '(x)>0 для x< x0, f '(x)<0 для x> x0. Применим теорему Лагранжа к разности f(x) - f(x0) = f '(c)(x- x0), где c лежит между x и x0.
Пусть x < x0. Тогда c< x0 и f '(c)>0. Поэтомуf '(c)(x- x0)<0и, следовательно,
f(x) - f(x0)<0,т.е. f(x)< f(x0).
Пусть x > x0. Тогда c> x0 и f '(c)<0. Значитf '(c)(x- x0)<0. Поэтому f(x) - f(x0)<0,т.е.f(x) < f(x0).
Таким образом, для всех значений x достаточно близких к x0 f(x) < f(x0). А это значит, что в точке x0 функция имеет максимум.
Аналогично доказывается вторая часть теоремы о минимуме.
Проиллюстрируем смысл этой теоремы на рисунке. Пусть f '(x1)=0 и для любых x, достаточно близких к x1, выполняются неравенства
f '(x)<0 при x< x1, f '(x)>0 при x> x1.
Тогда слева от точки x1 функция возрастает, а справа убывает, следовательно, при x = x1 функция переходит от возрастания к убыванию, то есть имеет максимум.
Аналогично можно рассматривать точки x2 и x3.
КАРТИНКИ 14, 15
Правило исследования функции y=f(x) на экстремум
1) Найти область определения функции f(x).
2) Найти первую производную функции f '(x).
3) Определить критические точки, для этого:
4) найти действительные корни уравнения f '(x)=0;
5) найти все значения x при которых производная f '(x) не существует.
6) Определить знак производной слева и справа от критической точки. Так как знак производной остается постоянным между двумя критическими точками, то достаточно определить знак производной в какой-либо одной точке слева и в одной точке справа от критической точки.
7) Вычислить значение функции в точках экстремума.
Примеры. Исследовать функции на минимум и максимум.
1) КАРТИНКА 16. Область определения функции D(y)=R.
Найдем производную заданной функции КАРТИНКА 17
Определим критические точки КАРТИНКА 18. Производная не существует при х2= 0. Следовательно, критические точки: 0 и 2/5. Нанесем их на числовую ось и определим знак производной на каждом из полученных промежутков.
КАРТИНКА 19, потом КАРТИНКА 20.
Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников
Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.
Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов
Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит
Бесплатные доработки и консультации
Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки
Гарантируем возврат
Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа
Техподдержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему
Строгий отбор экспертов
К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»
Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован
Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн
Написать отчет по учебной практике. Есть только методичка и название...
Отчет по практике, Реклама и PR
Срок сдачи к 8 авг.
нужны две статьи на разные уникальные актуальные темы по архитектуре...
Статья, Архитектура
Срок сдачи к 3 авг.
Написать курсовую работу
Курсовая, Управление в технических системах, теория автоматического управления
Срок сдачи к 7 авг.
Составить предложения 4 штуки чтобы в них были слова: дождь,море, рука
Услуги корректора, Русский язык
Срок сдачи к 3 авг.
Без ии! исследование дневников с сайта "прожито"
Другое, История повседневности
Срок сдачи к 23 авг.
Разработка эффективной методики воспитания скоростно-силовых способностей у мальчиков 12–14 лет с использованием круговой тренировки с отягощениями на уроках физической культуры
ВКР, Физическая культура и спорт
Срок сдачи к 7 авг.
Отчет по практике, во бакалавриат, строительство - учебная
Отчет по практике, Строительство
Срок сдачи к 4 авг.
Профиль вычислительные машины, комплексы, системы и сети.
Диплом, Прикладная информатика
Срок сдачи к 7 авг.
Нужно выполнить отчет по производственной практике по курсовой работе
Отчет по практике, Маркетинг
Срок сдачи к 18 сент.
Написать третью главу магистерской диссертации на тему "Прокурор и его полномочия в уголовном судопроизводстве. Проблемные аспекты"
ВКР, Уголовное право
Срок сдачи к 1 сент.
Написать первую главу магистерской диссертации и научную статью по третьей главе.
Магистерская диссертация, Управление инвестиционно-строительной деятельностью
Срок сдачи к 20 сент.
выполнить конрольную работу
Контрольная, Дисциплина "Методы принятия управленческих решений"
Срок сдачи к 25 авг.
Организационно-правовое обеспечение защиты персональных данных в государственном (муниципальном) органе
Диплом, Государственное и муниципальное управление (Синергия)
Срок сдачи к 16 авг.
Технологии привлечения на государственную гражданскую (муниципальную) службу квалифицированных специалистов
Диплом, Государственное муниципальное управление (Синергия)
Срок сдачи к 23 авг.
Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!