дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты на заказ
Деструктор Точечные изображения как объекты Геометрическая оптика Фотоэлектрический эффект Ядерные реакции Волновые свойства Квантовая механика Электромагнитное поле Задачник по ядерной физике Квантовая физика Электростатика Математика MATLAB Компьютерная математика Maple Лекции по математике учебник Outlook На главную Числовые ряды

Четыре теоремы о дифференцируемых функциях

В этом разделе мы рассмотрим некоторые утверждения, касающиеся функций, которые во всех точках данного множества имеют производную. Такие функции называются дифференцируемыми на данном множестве.

Первая теорема имеет вспомогательный характер для дальнейшего, хотя важна и сама по себе.

Пусть функция $ f(x)$ определена на некотором множестве $ \mathcal{D}$, и $ E\sbs\mathcal{D}$. Назовём точку $ x_0\in E$ точкой максимума функции $ f$ на множестве $ E$, если при всех $ x\in E$ выполняется неравенство $ f(x)\leqslant f(x_0)$, и точкой минимума, если при всех $ x\in E$ выполняется неравенство $ f(x)\geqslant f(x_0)$.

Точка $ x_0$, являющаяся либо точкой максимума, либо точкой минимума, называется точкой экстремума.

        Теорема 5.1 (Ферма)   Пусть функция $ f(x)$ имеет на множестве $ E$ точку экстремум а $ {x_0\in E}$, причём множество $ E$ содержит некоторую $ {\delta}$-окрестность $ {E_{{\delta}}=(x_0-{\delta};x_0+{\delta})}$ точки $ x_0$. Тогда либо $ f(x)$ имеет в точке $ x_0$ производную, равную 0, то есть $ f'(x_0)=0$, либо производная в точке $ x_0$ не существует.

Рис.5.1.Поведение функции в окрестности точки экстремума

Цветовые палитры и модели цвета Регистрация параметров ядерного взрыва Дифференциальные уравнения Системы передачи
информации



        Замечание 5.1   Заметим, что условие $ f'(x_0)=0$ означает, что тангенс угла $ {\alpha}$ наклона касательной к графику $ y=f(x)$, проведённой при $ x=x_0$, равен 0. Отсюда $ {{\alpha}=0}$, то есть теорема Ферма утверждает, что касательная, проведённая в точке экстремума, горизонтальна (если эта касательная существует).     

        Доказательство теоремы Ферма.     Если производная в точке экстремума не существует, то утверждение теоремы верно. Предположим, что производная $ f'(x_0)$ существует. Рассмотрим два случая.

Пусть функция имеет в точке $ x_0$ максимум. Тогда $ {\Delta}f=f(x)-f(x_0)\leqslant 0$ при всех $ x\in E_{{\delta}}$, поскольку $ f(x)\leqslant f(x_0)$. Если взять $ x>x_0, x\in E_{{\delta}}$, то $ {\Delta}x=x-x_0>0$, и поэтому $ \dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\leqslant 0$. При вычислении производной мы переходим к пределу при $ {\Delta}x\to0$ в этом разностном отношении. При этом знак нестрогого неравенства сохраняется, когда мы берём предел справа:

$\displaystyle f'(x_0)=f'_+(x_0)=\lim_{{\Delta}x\to0+}\dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\leqslant 0.$

Аналогично, при $ x<x_0, x\in E_{{\delta}}$, $ {\Delta}x=x-x_0<0$, и поэтому $ \dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\geqslant 0$. Отсюда, вычисляя предел слева, получаем:

$\displaystyle f'(x_0)=f'_-(x_0)=\lim_{{\Delta}x\to0-}\dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\geqslant 0.$

Итак, выполняются два неравенства: $ f'(x_0)\leqslant 0$ и $ f'(x_0)\geqslant 0$, что возможно лишь при $ f'(x_0)=0$.

Пусть теперь функция $ f(x)$ имеет в точке $ x_0$ минимум. Тогда $ {\Delta}f=f(x)-f(x_0)\geqslant 0$ при всех $ x\in E_{{\delta}}$, поскольку $ f(x)\geqslant f(x_0)$. Если взять $ x>x_0, x\in E_{{\delta}}$, то $ {\Delta}x=x-x_0>0$, и поэтому $ \dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\geqslant 0$. Переходя к пределу при $ {\Delta}x\to0+$ в разностном отношении, получаем:

$\displaystyle f'(x_0)=f'_+(x_0)=\lim_{{\Delta}x\to0+}\dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\geqslant 0.$

Аналогично, при $ x<x_0, x\in E_{{\delta}}$, $ {\Delta}x=x-x_0<0$, и поэтому $ \dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\leqslant 0$. Вычисляя предел слева, получаем:

$\displaystyle f'(x_0)=f'_-(x_0)=\lim_{{\Delta}x\to0-}\dfrac{{\Delta}f}{{\Delta}x}\leqslant 0.$

Из неравенств $ f'(x_0)\geqslant 0$ и $ f'(x_0)\leqslant 0$ получаем, что $ f'(x_0)=0$.     

       

Объектно-ориентированный подход CorelDRAW Установка параметров цвета в цифровом виде Искусство Западная Европа Трехмерное объектно-ориентированное программное обеспечение CAD Эффект Комптона Волновые свойства электронов Геометрическая оптика Фотоэлектрический эффект Строение атомных ядер Волновые свойства микрочастиц Математические пакеты Моделирование и расчет электронных схем Конструкционные материалы Релятивистская механика Справочник по физикеПрикладная математика Архитектурное проектирование ArchiCAD Строительное и ландшафтного проектирования Planix Home 3D Architect Функции преобразования ;