Шпоры по математическому анализу (стр. 2 из 8)

Допустим, что f''(х₀)>0. Это означает, что f'(х) возрастает при переходе значений х < х₀ к значениям х > х₀ . Но f'(х₀)=0, поэтому возрастание f'(х₀)<0, при х < х₀и f'(х₀)>0,при х > х₀ . (для значений х из достаточно малой окрестности х₀ ). В соответствии с п.1 получается минимум в точке х₀ . Аналогичное рассуждение при f''(х₀)<0 приводит к существованию максимума в точке х₀ . Вывод: если f'(х₀)=0, а f''(х₀)<0, то функция y=f(x)имеет локальный максимум в точке х₀ . Если f'(х₀)=0, а f''(х₀)>0, то функцияy=f(x)имеет локальный минимум в точке х₀.

11. Формула Тейлора и Маклорена.

Этой формулой можно воспользоваться, когда в некоторой окрестности точки х₀ существует непрерывная производная f⁽ⁿ⁺¹⁾(x), и значения х принадлежат этой окрестности. Через R_n обозначен так называемый остаточный член. Его можно записывать в разных формах. Мы ограничимся формулой Лагранжа:

Здесь с - какое-то число, о котором известно только то, что оно находится между х₀ и х.

При х₀=0 формулу Тейлора называют формулой Маклорена, общий вид которой:

8. Нахождение наибольшего и наименьшего значений функции на отрезке.

Рассмотрим функцию у=f(х), непрерывную на отрезке [a,b]. По теореме Вейерштрасса эта функция принимает наибольшее и наименьшее значения на отрезке. Наибольшее и наименьшее значения могут достигаться либо в точках локального экстремума (x₂, x₃, x₄, x₅,), либо на концах промежутка. Находим точки, подозрительные на экстремум (х₁, x₂, x₃, x₄, x₅,). Вычисляем значения функции в этих точках и на концах промежутка [a,b]. Из полученных чисел выбираем самое большое и самое маленькое. Это не предусматривает применения достаточных условий экстремума в точке х₁, где локального экстремума не существует, т.е. проделана лишняя работа. Однако, как правило, экономнее вычислять значения функции во всех точках, подозрительных на экстремум, вместо того, что бы отбирать из них с помощью достаточных условий лишь те точки, в которых локальный экстремум действительно есть. Иногда описанную задачу называю глобальный экстремум.

9. Нахождение асимптот графиков функции.

Говорят, что точка движется по кривой в бесконечность, если расстояние этой точки до начала координат неограниченно возрастает.

Определение: Прямая называется асимптотой кривой, если расстояние от точки, движущейся по кривой в бесконечность, до этой прямой стремится к нулю.

Нахождение вертикальных ас:

Ищутся конечные значения х=а, при которых

Существование такого значения часто связано с обращением в нуль знаменателя дроби.

Нахождение наклонных асимптот.

Пусть y = kx+b - асимптота кривой y=f(x) при x→+∞ (как на рисунке). Угол φсохраняет постоянное значение, α=φ. Из ∆ KLMKM=MLּcos α. Поэтому KM и ML стремятся к нулю одновременно. ML=f(x)-(kx+b), следовательно (1):

Преобразуем это равенство, вынеся х за скобки:

При x→∞ такое равенство возможно только тогда, когда:

Здесь

Поэтому

Следовательно (получаем (2)),

Вычислив k, находим b. Из равенства (1)(получаем (3)

Существование пределов (2) и (3) не только необходимо, но и достаточно, чтобы прямая y=kx+b была асимтотой кривой y=f(x). В частности, при k=0 асимптота будет горизонтальной. Кривая не имеет наклонной асимптоты, если не существует хотя бы один из пределов (2) и (3).

13. Первообразная. Теорема о двух первообразных одной функции.

Определение: Функция F(x) называется первообразной для функции f(x) на интервале (a,b), если на этом интервале существует производная F'(x)и F'(x)=f(x).

Теорема: Если F₁(x)иF₂(x) - первообразные для одной и той же функции f(x), то их разность есть величина постоянная.

Докозательство: По условию F'₁(x)=F'₂(x)=f(x)обозначим:Ф(x)= F₁(x) - F₂(x). Очевидно, Ф'(x) равняется нулю во всем промежутке (a,b), где определены первообразные F₁(x)иF₂(x). Для любых х₁, x₂,Î (a,b) по формуле Лагранжа Ф(х₁)-Ф(х₂)=Ф'(c)(b-a). ноФ'(c)=0, т.к. сÎ(a,b), следовательно Ф(х₁)=Ф(х₂). Это означает, что Ф(х) сохраняет постоянное значение на промежутке (a,b), т.е. F₁(x) - F₂(x)=С.

Следствие: Если для функции f(x) первообразной на интервале (a,b) является функция F(x), то ее любая другая первообразная для f(x) имеет вид F(x)+C, где С - произвольная постоянная.

14. Неопределенный интеграл. Табличные интегралы.

Определение: Неопределенным интегралом от функции f(x) называется совокупность всех первообразных этой функции. Он изображается так: ∫ f(x)dx, где ∫- знак интеграла, f(x)dx - подынтегральное выражение,f(x) - подынтегральная функция.

Из определения вытекает, что

И следовательно d(∫f(x)dx)=f(x)dx. С другой стороны, ∫F'(x)dx=∫dF(x)=F(x)+C.

Если F(x) - какая-нибудь первообразная для f(x), то учитывая приведенное выше следствие, можно написать: ∫ f(x) dx = F(x)+C, где С- произвольная постоянная. Путем дифференцирования обеих частей равенства легко доказать справедливость следующих свойств:

1. ∫ Аf(x)dx = A ∫ f(x)dx(постоянный множитель можно выносить за знак интеграла).

2. ∫[f(x)-f(x)]dx=∫f(x)dx+∫f(x)dx (интеграл от суммы функций равен сумме интегралов от этих функций).

10. Схема исследования функции с помощью дифференциального исчисления и построения графика.

Исследование функции y=f(x) проводится по плану:

1. Находится ООФ.

2. Вычисляются нули функции y=f(x), т.е. значения х₁, x₂…, при которых f(x₁)=0, f(x₂)=0…Между нулями функция, как правило сохраняет знак, так, непрерывная функция не может сменить знак не обратившись в ноль. Устанавливают где f(x)>0 и f(x)<0.

3. вычисляются производная f'(x)и находятся ее нули и знак в промежутках между нулями. В том промежутке, где f'(x)>0, функция возрастает, где f'(x)<0 - убывают. Попутно выявляются локальные экстремумы функции.

4. Вычисляется вторая производная f''(x) и с ее помощью находятся промежутки выпуклости (f''(x)<0), вогнутости (f''(x)>0) и точка перегиба (f''(x)=0).

5. Определяются вертикальные, горизонтальные и наклонные асимптоты.

Рекомендуется вычислять значения самой функции в тех точках, где f'(x) и f''(x) обращаются в нуль и наносить соответствующие точки на график. Затем нанесеные точки плавно соединяется прямой с учетом всех результатов исследования. Если функция обладает свойством четности или нечетности, то можно использовать это обстоятельство при исследовании (или после исследования для частичной проверки правильности построения графика).

21. Теорема о среднем значении для определенного интеграла.

Если функция y=f(x) непрерывна на отрезке [a,b], то найдется такая точка ξÎ(a,b), что справедливо равенство:

Теорема верна и при b<a.

Доказательство: Проведем его для случая a<b. Пусть m и M - наименьшее и наибольшее значение функции f(x) на отрезке [a,b] (для непревной функции они существуют по теореме Вейерштраса). По следствию из теоремы (Если на отрезке [a,b] функция f(x) интегрируема и удовлетворяет неравенству m£f(x)£M. То выполняются неравенства: (на этом следствие из теоремы закончилось, но к нему относится ниже написанное неравенство))

можно записать

Поделив это неравенство на полжительное число b-a, получим:

Непрерывная функция f(x) принимает всякое значение промежуточное между наименьшим m и наибольшим M значениями. Поэтому существует такое число x(a<x<b), что