Исследование функций




Скачать 304.13 Kb.
НазваниеИсследование функций
страница3/4
Дата публикации06.06.2013
Размер304.13 Kb.
ТипИсследование
litcey.ru > Математика > Исследование
1   2   3   4
вторую производную функции f(x).



т.е. y = (y) или .
Этот процесс можно продолжить и далее, находя производные степени n.

.
Общие правила нахождения высших производных.
Если функции u = f(x) и v = g(x) дифференцируемы, то


  1. (Сu)(n) = Cu(n);

  2. (u  v)(n) = u(n)  v(n);

3)

Это выражение называется формулой Лейбница.
Также по формуле dny = f(n)(x)dxn может быть найден дифференциал n- го порядка.
^ Исследование функций с помощью производной.

Возрастание и убывание функций.
Теорема. 1) Если функция f(x) имеет производную на отрезке [a, b] и возрастает на этом отрезке, то ее производная на этом отрезке неотрицательна, т.е. f(x) 0.

2) Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b] и дифференцируема на промежутке (а, b), причем f(x) > 0 для a < x < b, то эта функция возрастает на отрезке [a, b].
Точки экстремума.
Определение. Функция f(x) имеет в точке х1 максимум, если ее значение в этой точке больше значений во всех точках некоторого интервала, содержащего точку х1. Функция f(x) имеет в точке х2 минимум, если f(x2 +x) > f(x2) при любом х (х может быть и отрицательным).
Очевидно, что функция, определенная на отрезке может иметь максимум и минимум только в точках, находящихся внутри этого отрезка. Нельзя также путать максимум и минимум функции с ее наибольшим и наименьшим значением на отрезке – это понятия принципиально различные.
Определение. Точки максимума и минимума функции называются точками экстремума.
Теорема. (необходимое условие существования экстремума) Если функция f(x) дифференцируема в точке х = х1 и точка х1 является точкой экстремума, то производная функции обращается в нуль в этой точке.
Следствие. Обратное утверждение неверно. Если производная функции в некоторой точке равна нулю, то это еще не значит, что в этой точке функция имеет экстремум. Красноречивый пример этого – функция у = х3, производная которой в точке х = 0 равна нулю, однако в этой точке функция имеет только перегиб, а не максимум или минимум.
Определение. Критическими точками функции называются точки, в которых производная функции не существует или равна нулю.
Рассмотренная выше теорема дает нам необходимые условия существования экстремума, но этого недостаточно.
^ Пример: f(x) = x Пример: f(x) =
y y

x


x

В точке х = 0 функция имеет минимум, но В точке х = 0 функция не имеет ни

не имеет производной. максимума, ни минимума, ни произ-

водной.
Вообще говоря, функция f(x) может иметь экстремум в точках, где производная не существует или равна нулю.
Теорема. (Достаточные условия существования экстремума)

^ Пусть функция f(x) непрерывна в интервале (a, b), который содержит критическую точку х1, и дифференцируема во всех точках этого интервала (кроме, может быть, самой точки х1).

Если при переходе через точку х1 слева направо производная функции f(x) меняет знак с “+” на “-“, то в точке х = х1 функция f(x) имеет максимум, а если производная меняет знак с “-“ на “+”- то функция имеет минимум.
На основе вышесказанного можно выработать единый порядок действий при нахождении наибольшего и наименьшего значения функции на отрезке:


  1. Найти критические точки функции.

  2. Найти значения функции в критических точках.

  3. Найти значения функции на концах отрезка.

  4. Выбрать среди полученных значений наибольшее и наименьшее.




Исследование функции на экстремум с помощью

производных высших порядков.
Пусть в точке х = х1 f(x1) = 0 и f(x1) существует и непрерывна в некоторой окрестности точки х1.

Теорема. Если f(x1) = 0, то функция f(x) в точке х = х1 имеет максимум, если f(x1)<0 и минимум, если f(x1)>0.

Если f(x) = 0, то характер критической точки неизвестен. Для его определения требуется дальнейшее исследование.
^ Выпуклость и вогнутость кривой.

Точки перегиба.
Определение. Кривая обращена выпуклостью вверх на интервале (а, b), если все ее точки лежат ниже любой ее касательной на этом интервале. Кривая, обращенная выпуклостью вверх, называется выпуклой, а кривая, обращенная выпуклостью вниз – называется вогнутой.

у

x

На рисунке показана иллюстрация приведенного выше определения.
Теорема 1. Если во всех точках интервала (a, b) вторая производная функции f(x) отрицательна, то кривая y = f(x) обращена выпуклостью вверх (выпукла).
Определение. Точка, отделяющая выпуклую часть кривой от вогнутой, называется точкой перегиба.

Очевидно, что в точке перегиба касательная пересекает кривую.
Теорема 2. Пусть кривая определяется уравнением y = f(x). Если вторая производная f(a) = 0 или f(a) не существует и при переходе через точку х = а f(x) меняет знак, то точка кривой с абсциссой х = а является точкой перегиба.
Асимптоты.
При исследовании функций часто бывает, что при удалении координаты х точки кривой в бесконечность кривая неограниченно приближается к некоторой прямой.
Определение. Прямая называется асимптотой кривой, если расстояние от переменной точки кривой до этой прямой при удалении точки в бесконечность стремится к нулю.
Следует отметить, что не любая кривая имеет асимптоту. Асимптоты могут быть прямые и наклонные. Исследование функций на наличие асимптот имеет большое значение и позволяет более точно определить характер функции и поведение графика кривой.
Вообще говоря, кривая, неограниченно приближаясь к своей асимптоте, может и пересекать ее, причем не в одной точке, как показано на приведенном ниже графике функции . Ее наклонная асимптота у = х.


Рассмотрим подробнее методы нахождения асимптот кривых.
^ Вертикальные асимптоты.
Из определения асимптоты следует, что если или или , то прямая х = а – асимптота кривой y = f(x).
Например, для функции прямая х = 5 является вертикальной асимптотой.
Наклонные асимптоты.
Предположим, что кривая y = f(x) имеет наклонную асимптоту y = kx + b.
.
Отметим, что горизонтальные асимптоты являются частным случаем наклонных асимптот при k =0.
Пример. Найти асимптоты и построить график функции .
1) Вертикальные асимптоты: y+ x0-0: y- x0+0, следовательно, х = 0- вертикальная асимптота.

2) Наклонные асимптоты:




Таким образом, прямая у = х + 2 является наклонной асимптотой.
Построим график функции:



Пример. Найти асимптоты и построить график функции .
Прямые х = 3 и х = -3 являются вертикальными асимптотами кривой.
Найдем наклонные асимптоты:



y = 0 – горизонтальная асимптота.


Пример. Найти асимптоты и построить график функции .
Прямая х = -2 является вертикальной асимптотой кривой.
Найдем наклонные асимптоты.




Итого, прямая у = х – 4 является наклонной асимптотой.



^ Схема исследования функций
Процесс исследования функции состоит из нескольких этапов. Для наиболее полного представления о поведении функции и характере ее графика необходимо отыскать:


  1. Область существования функции.

Это понятие включает в себя и область значений и область определения функции.

  1. Точки разрыва. (Если они имеются).

  2. Интервалы возрастания и убывания.

  3. Точки максимума и минимума.

  4. Максимальное и минимальное значение функции на ее области определения.

  5. Области выпуклости и вогнутости.

  6. Точки перегиба.(Если они имеются).

  7. Асимптоты.(Если они имеются).

  8. Построение графика.


Применение этой схемы рассмотрим на примере.
Пример. Исследовать функцию и построить ее график.
Находим область существования функции. Очевидно, что областью определения функции является область (-; -1)  (-1; 1)  (1; ).

В свою очередь, видно, что прямые х = 1, х = -1 являются вертикальными асимптотами кривой.

Областью значений данной функции является интервал (-; ).

^ Точками разрыва функции являются точки х = 1, х = -1.

Находим критические точки.

Найдем производную функции


Критические точки: x = 0; x = -; x = ; x = -1; x = 1.
Найдем вторую производную функции







.
Определим выпуклость и вогнутость кривой на промежутках.
- < x < -, y < 0, кривая выпуклая

- < x < -1, y < 0, кривая выпуклая

-1 < x < 0, y > 0, кривая вогнутая

0 < x < 1, y < 0, кривая выпуклая

1 < x < , y > 0, кривая вогнутая

< x < , y > 0, кривая вогнутая
Находим промежутки возрастания и убывания функции. Для этого определяем знаки производной функции на промежутках.
- < x < -, y > 0, функция возрастает

- < x < -1, y < 0, функция убывает

-1 < x < 0, y < 0, функция убывает

0 < x < 1, y < 0, функция убывает

1 < x < , y < 0, функция убывает

< x < , y > 0, функция возрастает
Видно, что точка х = - является точкой максимума, а точка х = является точкой минимума. Значения функции в этих точках равны соответственно -3/2 и 3/2.
Про вертикальные асимптоты было уже сказано выше. Теперь найдем наклонные асимптоты.




Итого, уравнение наклонной асимптоты – y = x.
Построим график функции:

^ Параметрическое задание функции.
Исследование и построение графика кривой, которая задана системой уравнений вида:

,

производится в общем то аналогично исследованию функции вида y = f(x).
На практике исследование параметрически заданных функций осуществляется, например, при нахождении траектории движущегося объекта, где роль параметра t выполняет время.

Ниже рассмотрим подробнее некоторые широко известные типы параметрически заданных кривых.
^ Производная функции, заданной параметрически.
Пусть

Предположим, что эти функции имеют производные и функция x = (t) имеет обратную функцию t = Ф(х).

Тогда функция у = (t) может быть рассмотрена как сложная функция y = [Ф(х)].


т.к. Ф(х) – обратная функция, то

Окончательно получаем:

Таким образом, можно находить производную функции, не находя непосредственной зависимости у от х.

Пример. Найти производную функции

Способ 1: Выразим одну переменную через другую , тогда



Способ 2: Применим параметрическое задание данной кривой: .



x2 = a2cos2t;





Ниже рассмотрим несколько
1   2   3   4

Похожие:

Исследование функций iconИсследование функций тема исследование функций
Бугров Я. С., Никольский С. М. Высшая математика: Учеб для вузов: в 3т. 5-е изд.,стер. М.: Дрофа. (Высшее образование. Современный...
Исследование функций iconИсследование функций
Применим разложение в ряд Тейлора, ограничившись тремя первыми членами разложения
Исследование функций iconМетодические указания по подготовке к экзамену для студентов заочной формы обучения зэ11
Метод интегрирования по частям. Разложение рациональных функций на простейшие дроби. Интегрирование рациональных функций. Интегрирование...
Исследование функций iconУчебно-методический комплекс для студентов заочной формы обучения...
Метод интегрирования по частям. Разложение рациональных функций на простейшие дроби. Интегрирование рациональных функций. Интегрирование...
Исследование функций iconУчебно-методический комплекс для студентов заочной формы обучения...
Метод интегрирования по частям. Разложение рациональных функций на простейшие дроби. Интегрирование рациональных функций. Интегрирование...
Исследование функций icon«Исследование функции на четность»
Повторить определение функции. Ввести понятие симметричного множества, определения четной и нечетной функции. Рассмотреть свойства...
Исследование функций iconФункции нескольких переменных
При рассмотрении функций нескольких переменных ограничимся подробным описанием функций двух переменных, т к все полученные результаты...
Исследование функций iconИсследование наилучших приближений непрерывных периодических функций...
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Исследование функций iconИсследование наилучших приближений непрерывных периодических функций...
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Исследование функций iconИсследование функций с помощью производной
Теорема. 1) Если функция f(X) имеет производную на отрезке [a, b] и возрастает на этом отрезке, то ее производная на этом отрезке...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница