Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный технологический университет "Станкин"

Предмет:

Математика

Файл:

Grafiki

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

11.02.2015

Размер:

1.19 Mб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Графики

Методические указания к

выполнению расчетно-графической

работы

Москва

2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный технологический университет

«СТАНКИН»

Кафедра прикладной математики

Графики

Методические указания к

выполнению расчетно-графической

работы

Москва

2011

УДК 517

Графики: методические указания к выполнению расчетно-

графической работы / сост. Т. В. Бубнова, Ю. А. Виноградова; под редакцией С. Н. Абрамовой. – М.: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2011. –

39 с.

Содержит теоретический минимум для выполнения расчетно-

графической работы "Графики", а также примеры решения всех типов задач, встречающихся как в самой расчетно-графической работе, так и в ее защите.

Для использования на практических занятиях и самостоятельной работы студентов первого курса факультетов МТО, ИТС, ФЭМ.

УДК 517

©Бубнова Т. В., Виноградова Ю. А., 2011

©МГТУ «Станкин», 2011

Содержание
Теоретический минимум, необходимый для выполнения РГР "Графики"	... 4
План исследования функции с помощью производной и построение
графика по данному исследованию.................................................................	12
Пример решения варианта РГР "Графики" ....................................................	14
Примеры решения задач повышенной сложности ........................................	24
Приложение. Варианты РГР "Графики" .........................................................	30
Библиографический список..............................................................................	38

Теоретический минимум, необходимый для выполнения РГР "Графики"

Определение 1. Функция f (x) называется возрастающей

(неубывающей) на множестве А, если из неравенства x1 x2 , где x1, x2 A ,

следует неравенство f (x1 ) f (x2 ) ( f (x1) f (x2 ) ).

Определение 2. Функция f (x) называется убывающей

(невозрастающей) на множестве А, если из неравенства x1 x2 , где

x1, x2 A , следует неравенство f (x1) f (x2 ) ( f (x1) f (x2 ) ).

Определение 3. Все возрастающие, неубывающие, убывающие, невозрастающие на множестве А функции называются монотонными на множестве А.

Функция называется просто возрастающей (неубывающей,

убывающей, невозрастающей, монотонной), если она такова на всей области определения.

Достаточное условие возрастания (убывания) функции на интервале. Если функция f (x) имеет положительную (отрицательную) производную на данном интервале, то она возрастает (убывает) на этом интервале.

Пример: Найти промежутки возрастания и убывания функции

y x3 32 x2 6x 4.

Решение: Функция определена на R. Находим ее производную:

y ' 3x2 3x 6 3(x2 x 2).

y ' 0 когда x1 1, x2 2 .

Определим знаки производной в каждом из полученных интервалов1:

у'	+	-	+
				х
	-1	2

1	Как определить интервалы знакопостоянства функции: разложить эту функцию на множители. Найти

значения х, при которых множители обращаются в ноль и нанести их на числовую ось. Полученные точки разбивают числовую ось на интервалы. Определить знак функции на крайнем правом интервале.. Проставить знаки в остальных интервалах, учитывая четное или нечетное число раз встречается каждый

корень. Если корень выражения имеет четную кратность (например: (x - 5)2 = 0 x = 5 - корень кратности 2), то в окрестности этого корня функция не меняет знака. Если корень выражения имеет нечетную кратность (например: (x - 5)3 = 0 x = 5 - корень кратности 3), то, переходя через этот корень, функция меняет знак.

y ' 0 в интервале ( ; 1) и в интервале (2; ) , y ' 0 в интервале ( 1;2) . Таким образом, исследуемая функция возрастает в промежутках ( ; 1) и (2; ) , а убывает в промежутке ( 1;2) .

Определение 4. Точка x0 называется точкой минимума (максимума)

непрерывной функции y f (x) , если существует окрестность точки x0 , для

каждой точки x x0 которой выполняется неравенство	f (x) f (x0 )
( f (x) f (x0 ) ).

Определение 5. Точки максимума и минимума функции называются ее точками экстремума.

Определение 6. Значение функции в точке минимума (максимума) называется минимумом (максимумом) этой функции.

Определение 7. Минимумы и максимумы функции называются ее

экстремумами.
Необходимое условие экстремума.						Если x0 – точка			экстремума
функции f (x) , то					не существует.
		f (x0 ) 0 или		f (x0 )
Определение 8. Внутренние точки области определения функции
f (x) , в которых			f '(x) 0	или	f '(x)	не	существует,		называются
критическими точками этой функции.
Первое достаточное условие экстремума. Пусть								x0 – критическая
точка	функции	f (x) , функция			f (x)	непрерывна в точке x0					и
дифференцируема в некоторой окрестности точки x0 , кроме,									быть может,
самой точки x0 .		Если производная				при	переходе	через		точку	x0
					f (x)
меняет	знак, то	x0	является точкой экстремума. При					этом,		если при
переходе слева		направо через точку x0				знак	производной		меняется		с
минуса на плюс, то x0			является точкой минимума, а если с плюса на минус,

то – точкой максимума. Если при указанном переходе знак производной не меняется, то x0 не является точкой экстремума.

Пример: Найти точки экстремума функции y (x 1)3 e2 x .

Решение: Функция определена на R. Находим первую производную:

y ' 3(x 1)2 e2x 2e2x (x 1)3 e2 x (x 1)2 (2x 1).

Производная всюду непрерывна. Приравнивая производную к нулю, получаем критические точки функции: x1 1, x2 12 .

Исследуем знак производной слева и справа от каждой из критических точек:

										у'				-									+				+
										у'				-									+				+			х
																			1											х
																							1


																	2																									1
	При переходе (слева направо) через точку x																																									1	производная меняет
	При переходе (слева направо) через точку x																																								2		производная меняет
																																									2
знак с минуса на плюс.													Следовательно,															x					1			- точка минимума. При
знак с минуса на плюс.													Следовательно,															x				2				- точка минимума. При
																																2
переходе через точку x 1															производная знак не меняет, значит, точка x 1
не является точкой экстремума.
	Ответ: x							1		- точка минимума.
	Ответ: x							2		- точка минимума.
								2
	Пример: Исследовать на экстремум функцию y (x 2) 3
	Пример: Исследовать на экстремум функцию y (x 2) 3																																											x2 .
	Решение: Функция определена и непрерывна на R. Находим первую
производную:
																y ' 3									2(x			2)			5x							4	.
																							x2		2(x			2)			5x							4
																							x2
																										33 x						33				x
																				y ' 0 когда x														4	.
																				y ' 0 когда x															.
																																5
	В точке x 0 производная не существует,																																		но функция определена в
этой точке, значит, критические точки x																											0, x										4			.
этой точке, значит, критические точки x																											0, x			2										.
																							1							2					5
																																			5
	Исследуем характер критических точек:

										у'				+									-					+
										у'				+									-					+								х
																					4															х
																							0

																					5
																					5
	При переходе через точку																						x			4	производная меняет знак с плюса
	При переходе через точку																						x				производная меняет знак с плюса
																							5
на	минус,				следовательно,																	x		4			-		точка												максимума,				причем,
на	минус,				следовательно,																	x					-		точка												максимума,				причем,
																							5

ymax	y(	4	)	6	3	16			- максимум функции.
					3
		5		5		25
		5		5		25
	В окрестности точки																x 0						производная меняет знак с минуса на
плюс, значит,					x 0 - точка минимума,																						причем,									ymin						y(0) 0		-	минимум
функции.

	Ответ:			ymax			y(				4	)			6	3		16			;
											5			5		3	25


				ymin			y(0) 0 .


Второе достаточное условие экстремума. Пусть f (x0 ) 0 и f				(x0 )
существует.	Если	f
			(x0 ) 0 , то x0 является точкой минимума функции
f (x) , а если		0	, то x0 является точкой максимума функции f (x) .
	f (x0 )

Замечание. Если f '(x0 ) f ''(x0 ) 0 , то второе достаточное условие ответа на вопрос о наличии экстремума не дает.

Пример: Найти точки экстремума функции y x5 5x4 5x3 4. Решение: Функция определена и непрерывна на R. Воспользуемся

вторым достаточным условием экстремума.

y ' 5x4 20x3 15x2 5x2 (x2 4x 3); y '' 20x3 60x2 30x.

Точки экстремума ищем среди критических точек. Первая

производная всюду непрерывна	и обращается в ноль при
x1 0, x2 1, x3 3.

Исследуем знак второй производной при этих значениях х:

f ''(3) 90	0; f ''(1)	10 0; f ''(0) 0.
Из этого следует, что	x 3 -	точка минимума, x 1 - точка
максимума.

Выяснить характер критической точки x 0 с помощью знака второй производной нельзя. Исследуем характер этой точки первым способом. При переходе через точку x 0 (слева направо) первая производная не меняет знак, значит, x 0 не является точкой экстремума.

Ответ: x 3 - точка минимума, x 1 - точка максимума.

Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции на отрезке [a,b]:

1.Найти критические точки функции на интервале (a,b)

2.Вычислить значения функции в найденных критических точках.

3.Вычислить значения функции на концах отрезка, т.е. f (a) и f (b) .

4.Среди всех вычисленных значений выбрать наибольшее и наименьшее.

Замечание. Для отыскания наибольшего или наименьшего значений непрерывной функции на промежутке Х полезны следующие два утверждения:

1. Если f (x) имеет в промежутке Х только одну точку экстремума x c , причем это точка максимума, то f (c) - наибольшее значение функции на промежутке Х.

2. Если f (x) имеет в промежутке Х только одну точку экстремума

x c , причем это точка минимума, то	f (c) - наименьшее значение функции
на промежутке Х.
Пример: Найти наибольшее	и наименьшее значение функции
y x3 3x2 72x 90 на отрезке [ 5;5]

Решение: Функция определена и непрерывна на данном отрезке. Находим первую производную:

f '(x) 3x2 6x 72 .

Производная существует при всех значениях х.

f '(x) 0

3x 2 6x 72 0; x 2 2x 24 0;

x1 4; x2 6.

Отрезку [ 5;5] принадлежит только точка x 4 . Вычислим значения функции в точках x 5 , x 4 , x 5 :

f ( 5) 400; f (4) 86; f (5) 70 .

Следовательно, наибольшее значение функции на этом отрезке равно 400, наименьшее значение равно -86.

Ответ: yнаиб. 400,	yнаим. 86 .
Определение 9.	График дифференцируемой функции	y f (x)
называется выпуклым	вниз (вверх) на интервале a;b , если	его дуга

y f (x), x (a,b) расположена выше (ниже) любой касательной к этой дуге.

Достаточное условие выпуклости вниз (вверх) графика функции.

Если
Если	f (x) 0	( f (x) 0 ) на интервале (a,b) , то график функции f (x)

является выпуклым вниз (вверх) на этом интервале.

Определение 10. Точка графика непрерывной функции, при переходе через которую меняется направление выпуклости, называется

точкой перегиба.

Необходимое

условие

точки

перегиба.

Если (x0 , y0 )

–

точка

перегиба графика функции

y f (x) , то

или f

f (x0 ) 0

(x0 ) не существует.

Достаточное условие точки перегиба графика непрерывной

функции. Пусть функция

f (x) непрерывна в точке x0 , имеет в некоторой

окрестности

этой

точки

вторую

производную,

которая

сохраняет

определенный знак как слева, так и справа от точки x0 . Пусть f

0 или

(x0 )

не существует. Если

при

переходе

через

точку

вторая

f (x0 )

производная

меняет

знак,

то

(x0 , f (x0 )) – точка

перегиба графика этой

функции.

Пример: Найти интервалы выпуклости вверх, вниз и точки перегиба графика функции y 3x5 10x4 10x3 5 .

Решение: Функция определена на R. Найдем первую и вторую производные:

y ' 15x4 40x3 30x2 ; y '' 60x3 120x2 60x.

y '' 0;

60x(x 2 2x 1) 0;

60x(x 1)2 0;

x 0, x 1.

Эти точки разбивают область определения функции на три интервала. Исследуем знаки второй производной в полученных интервалах:

	у''	+	-		-
						х
			0	1

При x ( ;0) y '' 0 , значит, график функции выпуклый вниз на этом
интервале.
y '' 0 при x (0;1) и при			x (1; ) ,		значит, на этих интервалах
график функции выпуклый вверх.
При переходе через точку			x 0	вторая производная меняет знак,
значит, x 0 - абсцисса точки перегиба,				y(0) 5 . (0;5) - точка перегиба.

Ответ: график функции выпуклый вниз при x ( ;0) ;

график функции выпуклый вверх на интервалах (0;1) и (1; ) ; (0;5) - точка перегиба.


Пример: Найти точки перегиба графика функции y 3														x 1 .
Решение: Функция определена R. Найдем первую и вторую
производные:
		2
		y '	1	(x 1)				;
			1				3
							3
		3
		5										2
		y ''			2	(x 1)							.
					2				3
									3
		9									93 (x 1)5
Вторая производная нигде не обращается в ноль. Эта производная не
существует при x 1.
Но у'' меняет знак при переходе через точку x 1:

	у''	+								-
	у''												х

		1
		1
		9
		9

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Математика

#
11.02.20156.43 Mб1231контрольная(матан).docx
#
11.02.20151.19 Mб52Grafiki.pdf
#
11.02.201530.61 Кб18Programma_ekzamena_po_matematike_za_2_semestr.pdf
#
11.02.2015118.63 Кб151Varianty_RGR_po_MATANU.pdf
#
11.02.2015223.74 Кб14Лабораторная работа № 2 математика 2001.doc
#
12.11.20181.53 Mб11Лекции по матану.doc
#
11.02.20152.53 Mб343матан 3 семестр.pdf