Как найти длину интервала возрастания функции

Что такое функция

Как обычно, начнем мы с самого начала: с определения слова «функция».

Функция — это взаимосвязь между величинами, то есть зависимость одной переменной величины от другой.

Под функцией понимают правило, формулу, уравнение, которое описывает зависимость одной переменной от другой (например, у от х). Если изучить функцию, мы поймем:

  • как изменится одна переменная, если другая увеличится;

  • что произойдет с аргументом, если мы уменьшим функцию;

  • что будет, если мы отобразим эту зависимость графически.

Спойлер: если изобразить зависимость в координатной системе, мы получим график! Давайте рассмотрим некоторые виды функций и графики, которые им соответствуют.

Типы функций

Важное напоминание: функция — это зависимая переменная величина (чаще у), аргумент — независимая переменная (чаще х).

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Альтернативный текст для изображения

Реши домашку по математике на 5.

Подробные решения помогут разобраться в самой сложной теме.

Реши домашку по математике на 5.

Возрастание и убывание функции

В исследовании функции особое значение уделяют ее поведению в системе координат — монотонности функции. Функции бывают монотонными, немонотонными и постоянными.

Монотонная функция — функция, которая возрастает или убывает на всем промежутке области определения.

Монотонная функция

Функцию считают немонотонной, если на промежутке области своего определения она чередует возрастание и убывание.

Немонотонная функция

Постоянная функция, как ясно из названия, постоянна на всем промежутке и представляет собой прямую, параллельную оси x.

Графики постоянных на всем промежутке функций

Теперь к теме раздела: приведем определение возрастающей и убывающей функции.

Функция называется возрастающей, когда при увеличении аргумента увеличивается и сама функция.

Проще говоря, здесь работает правило «чем больше, тем больше»: чем больше значение х, тем больше и значение у.

Возрастающая функция

Функция считается убывающей, когда при увеличении аргумента функция уменьшается: чем больше х, тем меньше у.

Убывающая функция

Теперь вы знаете, как понять, что функция возрастает или убывает. Давайте решим пару задач, чтобы разобраться во всем наглядно.

Задача 1

Определите, возрастающая или убывающая функция y = 2x + 3.

1) Найдем область определения функции: х ∈ R.

2) Найдем координаты нескольких точек, которые ей принадлежат.

Мы видим, что функция убывает при любом значении х ≠ 0. Это можно записать так: функция убывает при х∈ (– ∞ ;0) ∪ (0; + ∞). Подытожим эту информацию небольшой схемой.

Виды функций

Возрастание и убывание функции на интервале

Мы еще не закончили с возрастающими и убывающими функциями — эх, если бы все было так просто! Дело в том, что нас, математиков, интересуют вот какие вопросы:

  • Как найти промежутки возрастания и убывания функции по графику?

  • Что делать, если просят определить характер на числовом промежутке?

  • Как определить поведение функции без построения?

Давайте разбираться! Сначала узнаем, как определить характер функции на промежутке:

  • Подставим значение х из промежутка в функцию.

  • Проанализируем полученные значения у.

  • Если при увеличении х увеличивается и у — это промежуток возрастания функции.

  • Если у уменьшается при увеличении х — это промежуток убывания функции.

Достаточно просто, правда? :)

Пример

Возьмем функцию y = 4x – 6 и определим ее характер на промежутке [0;2]. Подставим числа из промежутка вместо х в функцию:

у(0) = –6
у(1) = -2
у(2) = 2

Мы видим, что при возрастании х возрастает и значение у, т. е. на этом промежутке функция возрастает.

Точки экстремума, экстремумы функции

Не пугайтесь этих страшных слов! Сейчас разберем их подробнее — это проще, чем кажется.

Экстре́мум (лат. extremum — крайний) в математике — максимальное или минимальное значение функции на заданном множестве.

Экстремумы функции

На графике выше y min — минимальное значение функции, точка минимума.

Точка минимума — это значение переменной х, при которой функция минимальна.

На том же графике y мах — максимальное значение функции, точка максимума.

Точка максимума — это значение переменной х, при которой функция максимальна.

Иначе точки минимума и максимума в математике принято называть точками экстремума, а значения функции, которые соответствуют точкам экстремума — экстремумами функции.

В точках экстремума функция меняет свой характер. Обратите внимание на рисунок ниже: функция стремительно возрастала до точки максимума, но после нее начала также стремительно уменьшаться. И наоборот, после прохождения точки минимума функция снова начинает возрастать.

Точки максимума и наибольшее значение функции

Здесь вам может стать интересно: наибольшее/наименьшее значение функции на промежутке — это то же самое или нет. Отвечаем: к сожалению, нет. Эти значения иногда могут совпадать, но часто определяются разными точками.

Достаточные условия возрастания и убывания функции

У нас есть две новости: хорошая и не очень. Начнем с первой: если использовать достаточные условия возрастания/убывания, можно определить промежутки монотонности функции. И для этого даже не придется строить график! Но здесь нам пригодится производная.

Производная функции — это отношение приращения функции к приращению аргумента при бесконечно малом приращении аргумента.

Иначе говоря, производная функции показывает, как быстро увеличивается функция при бесконечно малом увеличении х.

К сожалению, в рамках этой статьи мы не будем долго останавливаться на производных. Как это сделать с помощью таблицы и правил дифференцирования, мы уже разбирали в статье «Таблица производных функций». Советуем почитать!

Достаточные признаки возрастания и убывания функции на интервале:

  • если производная функции y = f(x) положительна для любого x из интервала, то функция возрастает на этом интервале;

  • если производная функции y = f(x) отрицательна для любого x из интервала, то функция убывает на этом интервале.

Составим алгоритм действий, который поможет найти интервалы возрастания и убывания функции:

  1. Найдем область определения функции.

  2. Найдем производную функции.

  3. Решим неравенства ƒ`(x) > 0 и ƒ`(x) < 0 на области определения.

  4. К полученным промежуткам добавим граничные точки, в которых функция определена и непрерывна.

  5. Проверим достаточные признаки возрастания и убывания функции, подставив значения из промежутков.

Задача 3

Укажите промежутки возрастания и убывания функции у = х2 + 5х + 6

Решение

  1. Область определения функции: х ∈ R

  2. Найдем производную функции: y’ = 2х + 5

  3. Решим неравенство: 2х + 5 > 0

    2х+5 >0
    2x>-5
    x> –2,5

  4. Исследуем знаки производной с помощью числовой прямой.

    Нахождение знаков производной y’ = 2х + 5 с помощью числовой прямой

Ответ: Функция убывает при х∈ (– ∞; –2,5], возрастает при х∈ [–2,5; +∞)

Задача 4

Определите интервалы возрастания и убывания функции у = х3 – 18х.

Решение

  1. Область определения функции: х ∈ R.

  2. Найдем производную функции: y’ = 3x2 + (–18).

  3. Решим неравенство:

    3x2 + (–18) > 0
    3 (x2–9) > 0
    3(x – 3)(x + 3) > 0

  4. Исследуем знаки производной с помощью числовой прямой. Чтобы определить знак на каждом промежутке, подставим произвольное значение из этого промежутка в выражение для производной.

    Исследование знаков производной y’ = 3x2 + (–18) на числовой прямой

Ответ: Функция убывает при х∈ [–3;3], возрастает при х∈ (–∞;—3] ∪ [3; +∞).

Первое достаточное условие экстремума

Пусть для функции у = f(x) определены следующие условия:

  1. Функция непрерывна в окрестности точки x0 (нет разрыва).

  2. ƒ′(x0) = 0 или ƒ′(x0) не существует;

  3. Производная ƒ′(x) при переходе через точку x0 меняет свой знак.

Тогда в точке x = x0 функция y = f(x) имеет экстремум, причем это минимум, если при переходе через точку x0 производная меняет свой знак с минуса на плюс; максимум, если при переходе через точку x0 производная меняет свой знак с плюса на минус.

Если производная в точке x0 не меняет свой знак, то в этой точке нет экстремума.

Нахождение знаков производной на числовой прямой

Итак, точки 1 и 4 — точки максимума, точка 3 — точка минимума. В точке 2 экстремума нет.

Алгоритм для нахождения точек экстремума

Теперь разберемся, как найти точки экстремума функции. Для этого пройдем по этим шагам:

  1. Найдем область определения функции.

  2. Найдем производную функции на этой области.

  3. Определим нули и точки, где функция не существует.

  4. Определим знак производной на интервалах.

  5. Выберем точки, где функция меняет знак.

  6. Найдем точки минимума/максимума и экстремумы функции.

Задача 5

Найдите экстремумы функции у = –x2 + 8x – 7.

Решение

  1. Область определения функции: х ∈ R.

  2. Производная функции: y’ = –2x + 8

  3. Решим неравенство:

    –2x + 8 > 0
    –2x > –8
    x < 4

  4. Определим знак производной на числовой прямой. Чтобы это сделать, на каждом промежутке подставим произвольное значение из этого промежутка в выражение для производной.

    Определение знака производной y’ = –2x + 8 с помощью числовой прямой

В точке х = 4 функция меняет свой знак с «+» на «–», значит, точка х = 4 — это точка максимума.

Ответ: у(4) = 9 — экстремум функции.

Задача 6

Найдите экстремумы функции у = ⅓ x3 + 2x2 – 12x + 6.

График функции у = ⅓ x3 + 2x2 – 12x + 6

Решение

  1. Область определения функции: х ∈ R.

  2. Производная функции: y’ = x2 + 4x – 12.

  3. Решим неравенство:

    x2 + 4x – 12 > 0
    (x – 2)(x + 6) > 0

  4. Определим знак производной на числовой прямой. Чтобы это сделать, на каждом промежутке подставим произвольное значение из этого промежутка в выражение для производной.

    Определение знака производной y’ = x2 + 4x – 12 на числовой прямой

Так на интервале (–∞; –6) и (2; +∞) производная положительна — на них функция возрастает. На интервале (–6;2) производная отрицательна — функция убывает.

Ответ: x = 2 — точка минимума, у(2) = –7 ⅓ — экстремум функции; х = –6 — точка максимума, у(–6) = 78 — экстремум функции.

Как можно запомнить переход знаков для точек максимум или минимум:

  • Когда функция возрастает, а потом убывает, мы будто поднимались на вершину горы — значит, посетили точку максимума.

  • Когда функция убывает, а потом возрастает, мы будто спускались в овраг и выбрались из него — а значит, были в точке минимума.

Возрастание и убывание функции

Второе достаточное условие экстремума

x0 — это точка экстремума функции f(x), если вторая производная функции в этой точке не равна нулю (f »(x) ≠ 0). Причем, если вторая производная больше нуля (f »(x) > 0), то точкой минимума, а если вторая производная меньше нуля (f »(x) < 0), то точкой максимума.

Рассмотрим это условие экстремума на примере из задачи 6 — функции у = ⅓ x3 + 2x2 – 12x + 6:

  1. Ее первая производная равна y’= x2 + 4x – 12.

  2. Определим нули производной — значение х, при котором производная обращается в ноль: x2 + 4x – 12 = 0 при х = 2 и х = –6.

  3. Возьмем вторую производную функции y’’= 2х + 4.

  4. Подставим значения х = 2 и х = –6 во вторую производную и определим, являются ли эти точки максимумом или минимумом:

    y’’(2) = 8, y’’ > 0, значит, х = 2 является точкой минимума,
    y’’(–6) = –8, y’’ < 0, значит, х = –6 является точкой максимум.

В этом условии есть два важных замечания:

  1. Если в точке x0 и первая, и вторая производные обращаются в ноль, то в этом случае нужно воспользоваться первым достаточным признаком экстремума функции, по второму признаку нельзя судить о наличии или отсутствии экстремумов.

  2. Второй достаточный признак нельзя применять, когда в стационарной точке (нуле производной) первая производная не существует. Ведь тогда не существует и вторая производная.

Третье достаточное условие экстремума

Это условие не используется в школьной программе, так как требует большого количества вычислений и логических размышлений. Мы все равно познакомим вас с ним — возможно, вам захочется изучить это усaловие самостоятельно и блеснуть знаниями перед учителем. Что ж, мы только за!

Пусть функция y=f(x) имеет производные до n-ого порядка в ε-окрестности точки x0 и производные до n+1-го порядка в самой точке x0. Пусть
ƒ′(x0) = ƒn(x0) = ƒm(x0) = … = ƒ(n)(x0) = 0 и ƒ(n+1)(x0) ≠ 0.

Тогда,

  • если n – четное, то x0 — точка перегиба;

  • если n – нечетное, то x0 — точка экстремума, причем

    • если ƒ(n+1)(x0) > 0, то x0 — точка минимума;

    • если ƒ(n+1)(x0) < 0, то x0 — точка максимума.

Думаем, вы убедились, что тема «Возрастание и убывание функции» достаточно интересна. В то же время, она требует умения исследовать графики, находить первую и вторую производную функции, определять знаки по числовым прямым. Получить практический опыт решения таких заданий можно на курсах по профильной математике в школе Skysmart! Там мы сможем закрепить полученные знания, подготовиться к контрольным работам и даже к ОГЭ! Заинтригованы? Тогда мы ждем вас на занятиях!

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).

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.

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:


Вспомним сначала
определения возрастающей и убывающей
функций.

Функция y=f(x),
определенная на некотором отрезке [a,
b
] (интервале
(a, b)),
называется возрастающей на
этом отрезке, если большему значению
аргумента x из
[a, b]
соответствует большее значение функции,
то есть если x1 < x2,
то f(x1) < f(x2).

Функцияy=f(x) называется убывающей на
некотором отрезке [a,
b
], если
меньшему значению аргумента x из
[a, b]соответствует
большее значение функции, то есть
если x1 <x2,
то f(x1) > f(x2).

Функция, только
возрастающая или только убывающая на
отрезке, называется монотонной на этом
отрезке.

Функция y=f(x) называется
постоянной на некотором отрезке [a,
b
], если при
изменении аргумента x она
принимает одни и те же значения.

Рассмотрим
график функции изображенной на рисунке
и определим промежутки возрастания и
убывания функции.

(-∞, a),
(c,
+∞) – убывает;

(a,
b
) – постоянная;

(b,
c
) – возрастает.

Применим понятие
производной для исследования возрастания
и убывания функции.

Теорема 1.
(Необходимое и достаточное условия
возрастания функции)

Если
дифференцируемая функция y=f(x) возрастает
на [a, b],
то ее производная неотрицательна на
этом отрезке, f
‘(x)
≥ 0.

Обратно.
Если функция y=f(x) непрерывна
на [a, b],
дифференцируема на (a,
b
) и ее
производная положительна на этом
отрезке,f ‘
(x)
≥ 0 для a<x<b,
то f(x) возрастает
на[a, b].

Доказательство.

Докажем
первую часть теоремы. Итак, пусть
функция y=f(x) возрастает
на [a, b].
Зафиксируем на этом отрезке произвольную
точку x,
придадим ей приращение Δx.
Тогда если Δx>0,
то x<x+Δx.
Поэтому по определению возрастающей
функции f(x)<f(x+Δx),
то есть f(x+Δx)
— f(x)>
0. Но
тогда и Аналогично,
если Δx<0, то x>x+Δx и
значит f(x+Δx)-f(x)<0, а 

Переходя
в этом равенстве к пределу при
Δx→0получим ,
то естьf
‘(x)
≥0.

Докажем
вторую часть теоремы. Пусть f
‘(x)>
0при
всех x Î (a,b). Рассмотрим
два любых значения x1 и x2 таких,
что x1 < x2.
Нужно доказать, что f(x1)<
f(x
2). По
теореме Лагранжа существует такое
число c Î (x1x2),
что .
По условиюf
‘(x)>
0, x1 – x2>0Þ ,
а это и значит, чтоf(x) –
возрастающая функция.

Аналогичная теорема
имеет место и для убывающих функций.

Теорема
2.
 Если f(x) убывает
на[a,b],
то на
этом отрезке. Еслина
(a; b),
то f(x) убывает
на [a, b],в
предположении, чтоf(x) непрерывна
на [a, b].

Доказанная
теорема выражает очевидный геометрический
факт. Если на [a,
b
] функция
возрастает, то касательная к кривойy=f(x) в
каждой точке этого отрезке образует
острый угол с осью Ox или
горизонтальна, т.е. tga≥0,
а значит f
‘(x)
≥0.

Аналогично
иллюстрируется и вторая часть теоремы.

Таким
образом, возрастание и убывание функции
характеризуется знаком ее производной.
Чтобы найти на каком промежутке функция
возрастает или убывает, нужно определить,
где производная этой функции только
положительна или только отрицательна,
то есть решить неравенства f
‘(x)
>0 – для
возрастания или f
‘(x)<
0 – для
убывания.

Примеры.
Определить интервалы монотонности
функции.

.
Область определения заданной функции D(y) =
(-∞; 0)È(0; +∞).

.
Следовательно, f(x) –
убывает на (-∞; 0) и (0; +∞).

Найдем промежутки,
на которых производная заданной функции
положительна или отрицательна методом
интервалов.

Итак, f(x) –
убывает на (–∞; –1] и [1; +∞), возрастает
на отрезке [–1; 1].

.

Используя
метод интервалов, получим f(x) убывает
на (0; 1) и (1; e], возрастает на [e; +∞).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Понравилась статья? Поделить с друзьями:

Не пропустите также:

  • Как найти завод по его коду
  • Как найти татьяну московскую
  • Как составить пиктограмму для детей
  • Как найти фонарик на телефоне vivo
  • Мой двойник как найти бесплатно

  • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии