Как найти длину интервалов возрастания функции

Интервалы возрастания и убывания функции

С помощью данного сервиса можно найти интервалы возрастания и убывания функции в онлайн режиме с оформлением решения в Word.

  • Решение онлайн
  • Видеоинструкция

Исследование функции с помощью производной

Определение: Точка х0 называется точкой локального максимума, если для любого х из окрестности точки х0 выполняется неравенство: f(x0)>f(x).

Определение: Точка х0 называется точкой локального минимума, если для любого х из окрестности точки х0 выполняется неравенство: f(x0)<f(x).

Точки минимума и максимума функции называются точками экстремума данной функции, а значения функции в этих точках – экстремумами функции.

Точками экстремума могут служить только критические точки I рода, т.е. точки, принадлежащие области определения функции, в которых производная f′(x) обращается в нуль или терпит разрыв.

Правило нахождения экстремумов функции y=f(x) с помощью первой производной

  1. Найти производную функции f′(x).
  2. Найти критические точки по первой производной, т.е. точки, в которых производная обращается в нуль или терпит разрыв.
  3. Исследовать знак первой производной в промежутках, на которые найденные критические точки делят область определения функции f(x). Если на промежутке f′(x)<0, то на этом промежутке функция убывает; если на промежутке f′(x)>0, то на этом промежутке функция возрастает.
  4. Если в окрестности критической точки f′(x) меняет знак с «+» на «-», то эта точка является точкой максимума, если с «-» на «+», то точкой минимума.
  5. Вычислить значения функции в точках минимума и максимума.

С помощью приведенного алгоритма можно найти не только экстремумы функции, но и промежутки возрастания и убывания функции.

Пример №1: Найти промежутки монотонности и экстремумы функции: f(x)=x3–3x2.

Решение: Найдем первую производную функции f′(x)=3x2–6x.

Найдем критические точки по первой производной, решив уравнение 3x2–6x=0; 3x(x-2)=0 ;x = 0, x = 2

Исследуем поведение первой производной в критических точках и на промежутках между ними.

x (-∞, 0) 0 (0, 2) 2 (2, +∞)
f′(x) + 0 0 +
f(x) возрастает max убывает min возрастает

f(0) = 03 – 3*02 = 0

f(2) = 23 – 3*22 = -4

Ответ: Функция возрастает при x∈(-∞ ; 0)∪(2; +∞); функция убывает при x∈(0;2);

точка минимума функции (2;-4); точка максимума функции (0;0).

Правило нахождения экстремумов функции y=f(x) с помощью второй производной

  1. Найти производную f′(x).
  2. Найти стационарные точки данной функции, т.е. точки, в которых f′(x)=0.
  3. Найти вторую производную f″(x).
  4. Исследовать знак второй производной в каждой из стационарных точек. Если при этом вторая производная окажется отрицательной, то функция в такой точке имеет максимум, а если положительной, то – минимум. Если же вторая производная равна нулю, то экстремум функции надо искать с помощью первой производной.
  5. Вычислить значения функции в точках экстремума.

Отсюда следует, что дважды дифференцируемая функция f(x) выпукла на отрезке [a, b], если вторая производная f”(x) ≥ 0 при всех х [a, b].

Все вычисления можно проделать в онлайн режиме.

Пример №2. Исследовать на экстремум с помощью второй производной функцию: f(x) = x2 – 2x – 3.

Решение: Находим производную: f′(x) = 2x – 2.

Решая уравнение f′(x) = 0, получим стационарную точку х=1. Найдем теперь вторую производную: f″(x) = 2.

Так как вторая производная в стационарной точке положительна, f″(1) = 2 > 0, то при x = 1 функция имеет минимум: fmin = f(1) = -4.

Ответ: Точка минимума имеет координаты (1; -4).

Чтобы определить характер функции  и говорить о ее поведении, необходимо находить промежутки возрастания и убывания. Этот процесс получил название исследования функции и построения графика. Точка экстремума используется при нахождении наибольшего и наименьшего значения функции, так как в них происходит возрастание или убывание функции из интервала.

Данная статья раскрывает определения, формулируем достаточный признак возрастания и убывания на интервале и условие существования экстремума. Это применимо к решению примеров  и задач. Следует повторить раздел дифференцирования функций, потому как при решении необходимо будет использовать нахождение производной.

Возрастание и убывание функции на интервале

Определение 1

Функция y=f(x) будет возрастать на интервале x, когда при любых x1∈X и x2∈X , x2>x1неравенство f(x2)>f(x1) будет выполнимо. Иначе говоря, большему значению аргумента соответствует большее значение функции.

Определение 2

Функция y=f(x) считается убывающей на интервале x, когда при любых x1∈X, x2∈X, x2>x1  равенство f(x2)>f(x1) считается выполнимым. Иначе говоря, большему значению функции соответствует меньшее значение аргумента. Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Возрастание и убывание функции на интервале

Замечание: Когда функция определенная и непрерывная в концах интервала возрастания и убывания, то есть (a;b), где х=а, х=b, точки включены в промежуток возрастания и убывания. Определению это не противоречит, значит, имеет место быть на промежутке x.

Основные свойства элементарных функций типа y=sinx – определенность и непрерывность  при действительных значениях аргументах. Отсюда получаем, что возрастание синуса происходит на интервале -π2; π2, тогда возрастание на отрезке имеет вид -π2; π2.

Точки экстремума, экстремумы функции

Определение 3

Точка х0 называется точкой максимума для функции y=f(x), когда для всех значений x неравенство f(x0)≥f(x) является справедливым. Максимум функции – это значение функции в точке, причем обозначается ymax.

Точка х0 называется точкой минимума для функции y=f(x), когда для всех значений x неравенство f(x0)≤f(x) является справедливым. Минимум функции – это значение функции в точке, причем имеет обозначение вида ymin.

Окрестностями точки х0 считаются точки экстремума, а значение функции, которое соответствует точкам экстремума. Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Точки экстремума, экстремумы функции

Экстремумы функции с набольшим и с наименьшим значением функции. Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Точки экстремума, экстремумы функции

Первый рисунок говорит о том, что необходимо найти наибольшее значение функции из отрезка [a;b]. Оно находится при помощи точек максимума и равняется максимальному значению функции, а второй рисунок больше походит на поиск точки максимума при х=b.

Достаточные условия возрастания и убывания функции

Чтобы найти максимумы и минимумы функции, необходимо применять признаки экстремума в том случае, когда функция удовлетворяет этим условиям. Самым часто используемым считается первый признак.

Первое достаточное условие экстремума

Определение 4

Пусть задана функция y=f(x), которая дифференцируема в ε окрестности точки x0, причем имеет непрерывность в заданной точке x0. Отсюда получаем, что

  • когда f'(x)>0 с x∈(x0-ε; x0) и f'(x)<0 при x∈(x0; x0+ε), тогда x0 является точкой максимума;
  • когда f'(x)<0 с x∈(x0-ε; x0) и f'(x)>0 при x∈(x0; x0+ε), тогда x0 является точкой минимума.

Иначе говоря, получим их условия постановки знака:

  • когда функция непрерывна в точке x0, тогда имеет производную с меняющимся знаком, то есть с + на -, значит, точка называется максимумом;
  • когда функция непрерывна в точке x0, тогда имеет производную с меняющимся знаком с – на +, значит, точка называется минимумом.

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Чтобы верно определить точки максимума и минимума функции, необходимо следовать алгоритму их нахождения:

  • найти область определения;
  • найти производную функции на этой области;
  • определить нули и точки, где функция не существует;
  • определение знака производной на интервалах;
  • выбрать точки, где функция меняет знак.

Рассмотрим алгоритм на примере решения нескольких примеров на нахождение экстремумов функции.

Пример 1

Найти точки максимума и минимума заданной функции y=2(x+1)2x-2.

Решение

Область определения данной функции – это все действительные числа кроме х=2. Для начала найдем производную функции и получим:

y’=2x+12x-2’=2·x+12’·(x-2)-(x+1)2·(x-2)'(x-2)2==2·2·(x+1)·(x+1)’·(x-2)-(x+1)2·1(x-2)2=2·2·(x+1)·(x-2)-(x+2)2(x-2)2==2·(x+1)·(x-5)(x-2)2

Отсюда видим, что нули функции – это х=-1, х=5, х=2, то есть каждую скобку необходимо приравнять к нулю. Отметим на числовой оси и получим:

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Теперь определим знаки производной из каждого интервала. Необходимо выбрать точку, входящую в интервал, подставить в выражение. Например, точки х=-2, х=0, х=3, х=6.

Получаем, что

y'(-2)=2·(x+1)·(x-5)(x-2)2x=-2=2·(-2+1)·(-2-5)(-2-2)2=2·716=78>0, значит, интервал -∞; -1 имеет положительную производную. Аналогичным образом получаем, что

y'(0)=2·(0+1)·0-50-22=2·-54=-52<0y'(3)=2·(3+1)·(3-5)(3-2)2=2·-81=-16<0y'(6)=2·(6+1)·(6-5)(6-2)2=2·716=78>0

Так как второй интервал получился меньше нуля, значит, производная на отрезке будет отрицательной. Третий  с минусом, четвертый с плюсом. Для определения непрерывности необходимо обратить внимание на знак производной, если он меняется, тогда это точка экстремума.

Получим, что в точке х=-1 функция будет непрерывна, значит, производная изменит знак с + на -. По первому признаку имеем, что х=-1 является точкой максимума, значит получаем

ymax=y(-1)=2·(x+1)2x-2x=-1=2·(-1+1)2-1-2=0

Точка х=5 указывает на то, что функция является непрерывной, а производная поменяет знак с – на +. Значит, х=-1 является точкой минимума, причем ее нахождение имеет вид

ymin=y(5)=2·(x+1)2x-2x=5=2·(5+1)25-2=24

Графическое изображение

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Ответ: ymax=y(-1)=0, ymin=y(5)=24.

Стоит обратить внимание на то, что использование первого достаточного признака экстремума не требует дифференцируемости функции с точке x0, этим и упрощает вычисление.

Пример 2

Найти точки максимума и минимума функции y=16×3=2×2+223x-8.

Решение.

Область определения функции – это все действительные числа. Это можно записать в виде системы уравнений вида:

-16×3-2×2-223x-8, x<016×3-2×2+223x-8, x≥0

После чего необходимо найти производную:

y’=16×3-2×2-223x-8′, x<016×3-2×2+223x-8′, x>0y’=-12×2-4x-223, x<012×2-4x+223, x>0

Точка х=0 не имеет производной, потому как значения односторонних пределов разные. Получим, что:

lim y’x→0-0=lim yx→0-0-12×2-4x-223=-12·(0-0)2-4·(0-0)-223=-223lim y’x→0+0=lim yx→0-012×2-4x+223=12·(0+0)2-4·(0+0)+223=+223

Отсюда следует, что функция непрерывна в точке х=0, тогда вычисляем

lim yx→0-0=limx→0-0-16×3-2×2-223x-8==-16·(0-0)3-2·(0-0)2-223·(0-0)-8=-8lim yx→0+0=limx→0-016×3-2×2+223x-8==16·(0+0)3-2·(0+0)2+223·(0+0)-8=-8y(0)=16×3-2×2+223x-8x=0=16·03-2·02+223·0-8=-8

Необходимо произвести вычисления для нахождения значения аргумента, когда производная становится равной нулю:

-12×2-4x-223, x<0D=(-4)2-4·-12·-223=43×1=4+432·-12=-4-233<0x2=4-432·-12=-4+233<0

12×2-4x+223, x>0D=(-4)2-4·12·223=43×3=4+432·12=4+233>0x4=4-432·12=4-233>0

Все полученные точки нужно отметить на прямой для определения знака каждого интервала. Поэтому необходимо вычислить производную в произвольных точках у каждого интервала. Например, у нас можно взять точки со значениями x=-6, x=-4, x=-1, x=1, x=4, x=6. Получим, что

y'(-6)=-12×2-4x-223x=-6=-12·-62-4·(-6)-223=-43<0y'(-4)=-12×2-4x-223x=-4=-12·(-4)2-4·(-4)-223=23>0y'(-1)=-12×2-4x-223x=-1=-12·(-1)2-4·(-1)-223=236<0y'(1)=12×2-4x+223x=1=12·12-4·1+223=236>0y'(4)=12×2-4x+223x=4=12·42-4·4+223=-23<0y'(6)=12×2-4x+223x=6=12·62-4·6+223=43>0

Изображение на прямой имеет вид

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Значит, приходим к тому, что необходимо прибегнуть к первому признаку экстремума. Вычислим и получим, что

x=-4-233, x=0, x=4+233, тогда отсюда точки максимума имеют значениx=-4+233, x=4-233

Перейдем к вычислению минимумов:

ymin=y-4-233=16×3-22+223x-8x=-4-233=-8273ymin=y(0)=16×3-22+223x-8x=0=-8ymin=y4+233=16×3-22+223x-8x=4+233=-8273

Произведем вычисления максимумов функции. Получим, что

ymax=y-4+233=16×3-22+223x-8x=-4+233=8273ymax=y4-233=16×3-22+223x-8x=4-233=8273

Графическое изображение

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Ответ:

ymin=y-4-233=-8273ymin=y(0)=-8ymin=y4+233=-8273ymax=y-4+233=8273ymax=y4-233=8273

Второй признак экстремума функции

Если задана функция f'(x0)=0, тогда при ее f”(x0)>0 получаем, что x0 является точкой минимума, если f”(x0)<0, то точкой максимума. Признак связан с нахождением производной в точке x0.

Пример 3

Найти максимумы и минимумы функции y=8xx+1.

Решение

Для начала находим область определения. Получаем, что

D(y): x≥0x≠-1⇔x≥0

Необходимо продифференцировать функцию, после чего получим

y’=8xx+1’=8·x’·(x+1)-x·(x+1)'(x+1)2==8·12x·(x+1)-x·1(x+1)2=4·x+1-2x(x+1)2·x=4·-x+1(x+1)2·x

При х=1 производная становится равной нулю, значит, точка является возможным экстремумом. Для уточнения необходимо найти вторую производную и вычислить значение  при х=1. Получаем:

y”=4·-x+1(x+1)2·x’==4·(-x+1)’·(x+1)2·x-(-x+1)·x+12·x'(x+1)4·x==4·(-1)·(x+1)2·x-(-x+1)·x+12’·x+(x+1)2·x'(x+1)4·x==4·-(x+1)2x-(-x+1)·2x+1(x+1)’x+(x+1)22x(x+1)4·x==-(x+1)2x-(-x+1)·x+1·2x+x+12x(x+1)4·x==2·3×2-6x-1x+13·x3⇒y”(1)=2·3·12-6·1-1(1+1)3·(1)3=2·-48=-1<0

Значит, использовав 2 достаточное условие экстремума, получаем, что х=1 является точкой максимума. Иначе запись имеет вид ymax=y(1)=811+1=4.

Графическое изображение

Второй признак экстремума функции

Ответ: ymax=y(1)=4..

Третье достаточное условие экстремума

Определение 5

Функция y=f(x) имеет ее производную до n-го порядка  в ε окрестности заданной точки x0 и производную до n+1-го порядка в точке x0. Тогда f'(x0)=f”(x0)=f”'(x0)=…=fn(x0)=0.

Отсюда следует, что когда n является четным числом, то x0 считается точкой перегиба, когда n является нечетным числом, то x0 точка экстремума, причем f(n+1)(x0)>0, тогда x0 является точкой минимума, f(n+1)(x0)<0, тогда x0 является точкой максимума.

Пример 4

Найти точки максимума и минимума функции yy=116(x+1)3(x-3)4.

Решение

Исходная функция – целая рациональная, отсюда следует, что область определения – все действительные числа. Необходимо продифференцировать функцию. Получим, что

y’=116x+13′(x-3)4+(x+1)3x-34’==116(3(x+1)2(x-3)4+(x+1)34(x-3)3)==116(x+1)2(x-3)3(3x-9+4x+4)=116(x+1)2(x-3)3(7x-5)

Данная производная обратится в ноль при x1=-1, x2=57, x3=3. То есть точки могут быть точками возможного экстремума. Необходимо применить третье достаточное условие экстремума. Нахождение второй производной позволяет в точности определить наличие максимума и минимума функции. Вычисление второй производной производится в точках ее возможного экстремума. Получаем, что

y”=116x+12(x-3)3(7x-5)’=18(x+1)(x-3)2(21×2-30x-3)y”(-1)=0y”57=-368642401<0y”(3)=0

Значит, что x2=57 является точкой максимума. Применив 3 достаточный признак, получаем, что при n=1 и f(n+1)57<0.

Необходимо определить характер точек x1=-1, x3=3. Для этого необходимо найти третью производную, вычислить значения в этих точках. Получаем, что

y”’=18(x+1)(x-3)2(21×2-30x-3)’==18(x-3)(105×3-225×2-45x+93)y”'(-1)=96≠0y”'(3)=0

Значит, x1=-1 является точкой перегиба функции, так как при n=2 и f(n+1)(-1)≠0. Необходимо исследовать точку x3=3. Для этого находим 4 производную и производим вычисления в этой точке:

y(4)=18(x-3)(105×3-225×2-45x+93)’==12(105×3-405×2+315x+57)y(4)(3)=96>0

Из выше решенного делаем вывод, что x3=3 является точкой минимума функции.

Графическое изображение

Третье достаточное условие экстремума

Ответ: x2=57 является точкой максимума, x3=3 – точкой минимума заданной функции.

Что такое возрастание функции

В начале прочитаем определение возрастания функции.

Запомните!
!

Функция « y(x) » называется возрастающей на некотором промежутке, если

для любых
« x1 » и « x2 »
принадлежащих данному промежутку, таких, что « x2 > x1 »
выполняется неравенство

« y( x2 ) > y( x1 )».

Определение сложно понять без наглядного примера.
Поэтому сразу перейдём к разбору задачи на возрастание функции.

По-другому можно сказать, что, если каждому бóльшему значению « x »
соответствует бóльшее значение « y », значит,
функция « y(x) » возрастает.

x2 > x1
y( x2 ) > y( x1 )

Обязательное условие возрастания функции

Давайте разберем определение возрастания функции на конкретном примере.

Разбор примера

Возрастающей или убывающей является функция « y = 9x − 4 » ?

Для начала определим
область определения функции
« y = 9x − 4 ».

y = 9x − 4
D(y): x ∈ R
,
то есть « x » —
любое действительное число.

Построим график функции
« y = 9x − 4 ».
Так как функция
« y = 9x − 4 »
линейная, ее график — прямая.

Используем правила построения графика линейной функции. Нам достаточно найти две точки, чтобы построить ее график.

Область определения функции
« y = 9x − 4 » — все действительные числа,
поэтому можно подставить любое число вместо « x » и вычислить « y » по
формуле функции
« y = 9x − 4 ». Например, возьмем
« x = 0 ».

x = 0
y(x) = 9x − 4
y(0) = 9 · 0 − 4 = −4

Для второй точки возьмем « x = 1 ».

x = 1
y(x) = 9x − 4
y(1) = 9 · 1 − 4 = 5

Отметим две полученные
точки «(0; −4)» и «(1; 5)» на

координатной плоскости
и проведем через них прямую.

график линейной функции y = 9x - 4

Докажем, что функция
« y = 9x − 4 » возрастает на всей своей области определения двумя способами: по ее графику и
аналитически
(по ее формуле).

Как определить по графику, что функция возрастает

По определению возрастания функции мы знаем, что
если « x » увеличивается,
то « y » тоже должен увеличиваться.

На рисунке ниже видно, что график функции « y = 9x − 4 »
«идет в гору». Другими словами, при увеличении « x »
растет
значение « y » .

график линейной функции возрастает

В этом можно убедиться, если взять две любые точки на графике. Например, точки, по
которым мы построили график функции. Назовем эти точки:
« (·)A » и « (·)B ».

точки А и В на графике

У первой точки « (·)A »
координаты:
x1 = 0 ;   y1 = − 4

У второй точки « (·)B » координаты:
x2 = 1 ;   y2 = 5

На примере точек « (·)A » и « (·)B » видно, что
при увеличении
« x ( x2 > x1 )»
растет
« y ( y2 > y1 ) ».
Поэтому график зрительно «идет в гору».

Как по формуле доказать, что функция возрастает

Вернёмся к нашей функции
« y = 9x − 4 ».

По графику мы поняли, что
функция « y = 9x − 4 » возрастает,
так как ее график «идет в гору».
Но как доказать по формуле, что функция
возрастает на всей своей области определения?

Запомните!
!

Функция возрастает на всей области определения, когда при
« x2 > x1 »
выполняется условие
« y( x2 ) > y( x1 ) ».

Формулировка выше не самая простая для понимания. Давайте разберем ее на практике.

По определению возрастания функции нам нужно доказать, что при
« x2 > x1 » увеличивается значение функции
« y( x2 ) > y( x1 ) ».

Но как нам найти значения функции
« y( x1 )» и
«y( x2 ) »?

Для нахождения « y( x1 )» и
«y( x2 ) »

достаточно подставить « x1 » и
« x2 » в исходную формулу « y = 9x − 4 ».

y( x1 ) = 9x1 − 4
y( x2 ) = 9x2 − 4

Теперь запишем обязательное условие возрастания функции.

x2 > x1
y( x2 ) > y( x1 )

Обязательное условие возрастания функции

Подставим в неравенство
« y( x2 ) >
y( x1 ) » полученные формулы

« y( x1 ) = 9x1 − 4» и
« y( x2 ) = 9x2 − 4 » .

y( x2 ) > y( x1 )
9x2 − 4 > 9x1 − 4

Упростим полученное
неравенство.

9x2 − 9x1 > − 4 + 4
9x2 − 9x1 > 0

Вынесем общий множитель
в левой части неравенства.

9(x2 − x1) > 0

Разделим левую и правую часть на «9».

При делении нуля на любое число получается ноль.

x2 − x1 > 0
x2 > x1

Мы доказали, что выполняется исходное условие возрастания функции «x2 > x1».
Отсюда следует, что функция
« y = 9x − 4 » возрастает на всей области определения.

В завершении вместо ответа следует написать фразу:
«Что и требовалось доказать».


Посмотрим другой пример, где требуется доказать, что функция возрастает.

Разбор примера

Доказать, что функция возрастает на всей области определения: y = 13x − 1

По аналогии с предыдущим примером составим неравенства, которые доказывают, что функция возрастает.

x2 > x1
y( x2 ) > y( x1 )

Обязательное условие возрастания функции

Вместо « y( x1 )» и
«y( x2 ) » запишем
формулу функции « y = 13x − 1 » и упростим полученное неравенство.

y( x2 ) > y( x1 )

13x2 − 1 > 13x1 − 1

13x2 − 13x1 > 1 − 1

13(x2 − x1) > 0 |: 13

>

x2 − x1 > 0

x2 > x1

Что и требовалось доказать.

Что такое убывание функции

Запомните!
!

Функция « y(x) » называется убывающей на некотором промежутке, если для любых
« x1 » и « x2 »
принадлежащих данному промежутку, таких,
что « x2 > x1 »
выполняется неравенство « y( x2 ) < y( x1 )».

x2 > x1
y( x2 ) < y( x1 )

Обязательное условие убывания функции

Как по графику понять, что функция убывает

Разбор примера

Доказать, что функция убывает на всей области определения: y = 1 − 3x

По определению убывания функции мы знаем, что,
если « x »
растет, то
« y » должен уменьшаться.

Построим график функции
« y = 1 − 3x ». Ее график — прямая, поэтому нам будет достаточно двух точек.

Область определения функции
« y = 1 − 3x » — все действительные числа,
поэтому можно поставить любое число вместо « x » и вычислить « у » по
формуле функции
« y = 1 − 3x ». Например, возьмем
« x = 0 »
и « x = 1 ».

x = 0
y(x) = 1 − 3x
y(0) = 1 − 3 · 0 = 1

(·) А (0; 1)

x = 1
y(1) = 1 − 3x
y(1) = 1 − 3 · 1 = 1 − 3 = −2

(·) B (1; −2)

Построим график функции
« y = 1 − 3x » по полученным точкам
« (·)A » и « (·)B ».

график линейной функции y = 1 - 3x

На графике функции видно, что зрительно график «спускается с горы», то есть функция убывает. Другими словами, при увеличении
« x »
уменьшается
значение
« y » .

Как по формуле доказать, что функция убывает

Вернёмся к нашей функции
« y = 1 − 3x ».

По ее графику мы поняли, что функция убывает, так как график «спускается с горы». Но как доказать по формуле,
что функция « y = 1 − 3x » убывает на всей области определения?

Запомните!
!

Чтобы доказать, что функция убывает требуется доказать, что при любых
« x2 > x1 » выполняется

« y( x2 ) < y( x1 ) ».

Давайте разберем на примере функции
« y = 1 − 3x ». Докажем, что она убывает
на всей своей области определения.

x2 > x1
y( x2 ) < y( x1 )

Обязательное условие убывания функции

Подставим « y( x1 )» и
«y( x2 ) » в
формулу функции « y = 1 − 3x » и упростим полученное неравенство.

y( x2 ) < y( x1 )

1 − 3x2 < 1 − 3x1

3x1 − 3x2 < 1 − 1

3(x1 − x2) < 0 | :3

<

x1 − x2 < 0

−x2 < −x1

Умножим на « −1 » левую и правую часть неравенства. При
умножении неравенства на отрицательное число знак неравенства поменяется на
противоположный.

−x2 < −x1 | · (−1)

x2 > x1

Что и требовалось доказать.

Как по графику функции определить
возрастание и убывание

Потренируемся только по графику функции определять промежутки возрастания и убывания функции.

Разбор примера

На рисунке ниже изображён график функции, определенной на множестве действительных чисел.
Используя график, найдите промежутки возрастания и промежутки убывания функции.

Как по графику функции определить возрастает или убывает функция

Отметим с помощью штриховых линий промежутки, где график функции убывает
(«спускается с горы») и где он возрастает («идет в гору»).

промежутки возрастания и убывания функции

Запишем через знаки неравенств,
какие значения принимает « x » на полученных промежутках.
Обратите внимание, что во всех случаях при указании промежутков, мы указываем, что их
концы входят в промежуток, то есть используем знаки нестрогого неравенства.

промежутки возрастания и убывания функции через неравенства

Остаётся записать полученные промежутки возрастания и убывания функции в ответ.

Ответ:

  • функция убывает при
       x ≤ −2;     0 ≤ x ≤ 3,5
  • функция возрастает при
        −2 ≤ x ≤ 0 ;     x ≥ 3,5

Более грамотно будет записать ответ с помощью специальных
математических символов.

Ответ:

  • функция убывает на промежутках    
    x ∈ (−∞ ; −2] ∪ [0; 3,5]
  • функция возрастает на промежутках     x ∈ [−2 ; 0] ∪ [3,5 ; +∞]

При каких значениях
« m »
функция является убывающей или возрастающей

Ещё один тип заданий, в которых требуется определить,
при каких
« m » ( « а, b » или других буквах) функция убывает или возрастает.

Разбор примера

При каких значениях « m » функция

« y = mx − m − 3 + 2x » является убывающей?

Обратимся снова к определению убывания функции. Вспомним, как записать условия убывания функции с точки зрения формул.

x2 > x1
y( x2 ) < y( x1 )

Обязательное условие убывания функции

Запишем эти условия, используя формулу функции « y = mx − m − 3 + 2x », заданную в
задаче. Вместо
« x »
подставим « x1 » и « x2 ».

y( x2 ) < y( x1 )

mx2 − m − 3 + 2x2 < mx1 − m − 3 + 2x1

Упростим полученное неравенство. Перенесем из правой части все члены неравенства в левую часть с противоположными знаками.


mx2 − m − 3 + 2x2 mx1
+ m
+ 3
2x1
< 0

Упростим полученное выражение. Некоторые члены неравенства взаимоуничтожатся.


mx2 − mx1
− m + m − 3 + 3 + 2x2 − 2x1

< 0

mx2 − mx1 + 2x2 − 2x1

< 0

Вынесем общие множители за скобки.

m( x2 − x1) + 2(x2 − x1)

< 0

Теперь
вынесем общий множитель

« ( x2 − x1 ) ».

( x2 − x1) (m + 2)

< 0

Вспомним обязательное условие убывания функции.

x2 > x1
y( x2 ) < y( x1 )

Обязательное условие убывания функции

Преобразуем исходное условие убывания функции « x2 > x1 ».
Перенесем все в левую часть.

x2 > x1

x2 − x1 > 0

По условию убывания функции
« x2 − x1 > 0 »,
значит, чтобы
произведение
«( x2 − x1) (m + 2)

» было меньше нуля, требуется, чтобы множитель «(m + 2)» был меньше нуля. Так как по
правилу знаков:
плюс на минус даёт минус.

+ · < 0
(x2 − x1) · (m + 2) < 0

Решим полученное неравенство.

m + 2 < 0
m < −2

Ответ: при «m < −2» функция
« y = mx − m − 3 + 2x »
является убывающей.


Ваши комментарии

Важно!
Галка

Чтобы оставить комментарий, вам нужно войти на наш сайт при помощи

«ВКонтакте».

Пришелец пожимает плечами

Оставить комментарий:


Как найти промежутки возрастания и убывания функции

Определение промежутков возрастания и убывания функции – это один из основных аспектов исследования поведения функции наряду с нахождением точек экстремумов, в которых происходит перелом от убывания к возрастанию и наоборот.

Как найти промежутки возрастания и убывания функции

Инструкция

Функция y = F(x) является возрастающей на определенном интервале, если для любых точек x1 F(x2), где x1 всегда > x2 для любых точек на интервале.

Существуют достаточные признаки возрастания и убывания функции, которые вытекают из результата вычисления производной. Если производная функции положительна для любой точки интервала, то функция возрастает, если отрицательна – убывает.

Чтобы найти промежутки возрастания и убывания функции, нужно найти область ее определения, вычислить производную, решить неравенства вида F’(x) > 0 и F’(x)

Рассмотрим пример.
Найти промежутки возрастания и убывания функции для y = (3·x² + 2·x – 4)/x².

Решение.
1. Найдем область определения функции. Очевидно, что выражение, стоящее в знаменателе, должно всегда быть отличным от нуля. Поэтому точка 0 исключается из области определения: функция определена при x ∈ (-∞; 0)∪(0; +∞).

2. Вычислим производную функции:
y’(x) = ((3·x² + 2·x – 4)’ ·x² – (3·x² + 2·x – 4) · (x²)’)/x^4 = ((6·x + 2) ·x² – (3·x² + 2·x – 4) ·2·x)/x^4 = (6·x³ + 2·x² – 6·x³ – 4·x² + 8·x)/x^4 = (8·x – 2·x²)/x^4 = 2· (4 – x)/x³.

3. Решим неравенства y’ > 0 и y’ 0;
(4 – x)/x³

4. Левая часть неравенства имеет один действительный корень х = 4 и обращается в бесконечность при x = 0. Поэтому значение x = 4 включается и в промежуток возрастания функции, и в промежуток убывания, а точка 0 не включается никуда.
Итак, искомая функция возрастает на промежутке x ∈ (-∞; 0) ∪ [2; +∞) и убывает при x (0; 2].

Рассмотрим пример.
Найти промежутки возрастания и убывания функции для y = (3·x² + 2·x – 4)/x².

Решение.
1. Найдем область определения функции. Очевидно, что выражение, стоящее в знаменателе, должно всегда быть отличным от нуля. Поэтому точка 0 исключается из области определения: функция определена при x ∈ (-∞; 0)∪(0; +∞).

2. Вычислим производную функции:
y’(x) = ((3·x² + 2·x – 4)’ ·x² – (3·x² + 2·x – 4) · (x²)’)/x^4 = ((6·x + 2) ·x² – (3·x² + 2·x – 4) ·2·x)/x^4 = (6·x³ + 2·x² – 6·x³ – 4·x² + 8·x)/x^4 = (8·x – 2·x²)/x^4 = 2· (4 – x)/x³.

3. Решим неравенства y’ > 0 и y’ 0;
(4 – x)/x³

4. Левая часть неравенства имеет один действительный корень х = 4 и обращается в бесконечность при x = 0. Поэтому значение x = 4 включается и в промежуток возрастания функции, и в промежуток убывания, а точка 0 не включается никуда.
Итак, искомая функция возрастает на промежутке x ∈ (-∞; 0) ∪ [2; +∞) и убывает при x (0; 2].

4. Левая часть неравенства имеет один действительный корень х = 4 и обращается в бесконечность при x = 0. Поэтому значение x = 4 включается и в промежуток возрастания функции, и в промежуток убывания, а точка 0 не включается никуда.
Итак, искомая функция возрастает на промежутке x ∈ (-∞; 0) ∪ [2; +∞) и убывает при x (0; 2].

Источники:

  • как найти на функции промежутки убывания

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Содержание:

  1. Нахождение промежутков возрастания и убывания функции
  2. Интервалы возрастания и убывания функции
  3. Промежутки возрастания и убывания функции
  4. Задача пример №115
  5. Задача пример №116

Это интересно!

В маркетинге информация о каком-либо товаре представляется в виде графика “жизненного цикла товара”.

За указанное время различают 5 фаз: 1 – выход на рынок; 2 – рост; 3 – зрелость; 4 – упадок; 5 – самообновление.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Интервалы возрастания и убывания функции

Возрастающая функция

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Если для любых Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции из некоторого промежутка области определения при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции выполняется условие Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то на этом промежутке функция возрастающая.

убывающая функция

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Если для любых Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции из некоторого промежутка области определения при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции выполняется условие Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то на этом промежутке функция убывающая.

Связь промежутков возрастания и убывания функции с угловым коэффициентом секущей можно выразить следующим образом.

Если на заданном промежутке угловой коэффициент любой секущей положителен, то на этом промежутке функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции возрастает.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Если на заданном промежутке угловой коэффициент любой секущей отрицателен, то на этом промежутке функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции убывает.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Промежутки возрастания и убывания функции

Пусть на определенном промежутке производная функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции положительна, т.е. Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. Так как Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то угловой коэффициент касательной будет положительным. А это значит, что касательная с положительным направлением оси абсцисс образует острый угол и на заданном промежутке график “поднимается “, т.е. функция возрастает. Если Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, тогда касательная с положительным направлением оси абсцисс образует тупой угол, график “спускается”, т.е. функция убывает.

Теорема. Если функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции дифференцируема в каждой точке заданного промежутка, то:

• Если Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции на данном промежутке возрастает.

• Если Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции на данном промежутке убывает.

• Если Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, то функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции на данном промежутке постоянна.

Примечание: если функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции непрерывна в каком-либо из концов промежутка возрастания (убывания), то эту точку присоединяют к этому промежутку.

По графику функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции , исследуйте промежутки возрастания и убывания функции.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

На интервалах (Нахождение промежутков возрастания и убывания функцииНахождение промежутков возрастания и убывания функции;Нахождение промежутков возрастания и убывания функции1) и (1;+Нахождение промежутков возрастания и убывания функции) угловой коэффициент касательной положительный, поэтому на каждом из промежутков (Нахождение промежутков возрастания и убывания функцииНахождение промежутков возрастания и убывания функции;Нахождение промежутков возрастания и убывания функции1] и [1;+Нахождение промежутков возрастания и убывания функции) функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции возрастает.

На интервале (-1; 1) угловой коэффициент касательной отрицателен, поэтому на промежутке [-1; 1] функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции убывает.

Задача пример №115

При помощи производной определите промежутки возрастания и убывания функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции.

Решение:

1. Алгебраический метод. Найдем производную функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, на промежутке удовлетворяющем неравенству Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, т.е. Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, возрастает.

Для решения неравенства сначала надо решить соответствующее уравнение Нахождение промежутков возрастания и убывания функции; Нахождение промежутков возрастания и убывания функции; Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. Значит, при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. Точки Нахождение промежутков возрастания и убывания функции разбивают область определения функции на три интервала: Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. В каждом из интервалов выберем контрольную точку для проверки и установим знак производной.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Из таблицы и непрерывности функции Нахождение промежутков возрастания и убывания функции видно, что данная функция возрастает на промежутках Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и убывает на промежутке Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. Из графика также видно, что задания решение верно.

2. Промежутки возрастания и убывания функции можно определить по графику производной. На рисунке изображен график производной Нахождение промежутков возрастания и убывания функции.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

График производной Нахождение промежутков возрастания и убывания функции при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции расположен выше оси Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, значит Нахождение промежутков возрастания и убывания функции. Так как функция Нахождение промежутков возрастания и убывания функции в точках Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции непрерывна, то на промежутках Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции она возрастает, а на промежутке Нахождение промежутков возрастания и убывания функции убывает.

Задача пример №116

Изобразите схематично график непрерывной функции согласно следующим условиям

а) при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

b) при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции или Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Решение:

а) при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции знак производной положительный: Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, значит, функция возрастает. При Нахождение промежутков возрастания и убывания функции знак производной отрицательный: Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, значит, функция убывает, при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции значение функции равно 5.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

b) при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции и Нахождение промежутков возрастания и убывания функции знак производной положительный: Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, значит, функция возрастает. При Нахождение промежутков возрастания и убывания функции знак производной отрицательный: Нахождение промежутков возрастания и убывания функции, значит, функция убывает, при Нахождение промежутков возрастания и убывания функции значение функции равно 0.

Нахождение промежутков возрастания и убывания функции

Лекции:

  • Изменить порядок интегрирования
  • Производная функции заданной неявно
  • Методы определенного интегрирования
  • Функция распределения
  • Рациональные числа
  • Теорема об остатке
  • Найти частные производные
  • Уравнения с двумя переменными
  • Матрицы
  • Расстояние между скрещивающимися прямыми

Добавить комментарий