31. Теорема Коши.

Если функции ƒ(х) и φ(x) непрерывны на отрезке [a;b], дифференцируемы на интервале (α;b), причем φ'(х)¹ 0 для хє(а;b), то найдется хотя бы одна точка сє(a;b) такая, что выполняется равенство

Отметим, что φ(b)—φ(а)≠0, так как в противном случае по теореме Ролля нашлась бы точка с, такая, что φ'(с)=0, чего не может быть по условию теоремы. Рассмотрим вспомогательную функцию

, следовательно,

Отсюда следует

32. Правило Лопиталя.

1. Правило Лопиталя раскрытия неопределенностей вида 0/0.

Пусть функции ƒ(х) и φ(x) непрерывны и дифференцируемы в окрестности точки х0 и обращаются в нуль в этой точке: ƒ(х0)=φ(х0)=0. Пусть φ'(х)¹ 0 в окрестности точки х0. Если существует предел

Применим к функциям ƒ(х) и φ(х) теорему Коши для отрезка [х0;х], лежащего в окрестности точки x0 . Тогда

где с лежит между х0 и х (рисунок см). Учитывая, что ƒ(х0)=φ(х0)=0, получаем

При х→х0, величина с также стремится к х0; перейдем в этом равенстве к пределу:

Так как

Поэтому

Коротко полученную формулу читают так: предел отношения двух бесконечно малых равен пределу отношения их производных, если последний существует.

Пример:

2. Правило Лопиталя раскрытия неопределенностей вида ∞/∞.

Пусть функции ƒ(х) и φ(х) непрерывны и дифференцируемы в окрестности точки х0 (кроме, может быть, точки х0). в этой окрестности

φ'(х)¹ 0. Если существует предел

Пример :

1 способ

2 способ

33. Экстремумы функций одной переменной (точки мах и мин).

Точка х0 называется точкой максимума функции у=ƒ(х), если существует такая d -окрестность точки х0, что для всех х≠х0 из этой окрестности выполняется неравенство ƒ(х)<ƒ(х0).

Аналогично определяется точка минимума функции: x0 — точка минимума функции, если $d >0 " х: 0<|x-x0|<d Þ ƒ(х)>ƒ(х0). На рисунке 146 х1 — точка минимума, а точка х2 — точка максимума функции у=ƒ(х).

Значение функции в точке максимума (минимума) называется максимумом (минимумом) функции. Максимум (минимум) функции называется экстремумом функции.

34. Необходимое и достаточное условие монотонности функции.

35. Необходимое, достаточное условие экстремума

1. Необходимое условие экстремума

Если дифференцируемая функция у=ƒ(х) имеет экстремум в точке х0, то ее производная в этой точке равна нулю: ƒ'(х0)=0.

Пусть, для определенности, x0 — точка максимума. Значит, в окрестности точки х0 выполняется неравенство ƒ(х0)>ƒ(х0+∆х). Но тогда

если ∆х>0, и ∆у/∆х>0, если ∆х<0.

По условию теоремы производная

существует. Переходя к пределу, при ∆х→0, получим ƒ'(x0)≥0, если ∆х<0, и f'(х0)≤0, если ∆х>0. Поэтому ƒ'(х0)=0. Аналогично доказывается утверждение теоремы 25.8, если х0 — точка минимума функции ƒ(х).

Геометрически равенство ƒ'(х0)=0 означает, что в точке экстремума дифференцируемой функции у=ƒ(х) касательная к ее графику параллельна оси Ох (см. рис.).

Отметим, что обратная теорема неверна, т. е. если ƒ'(х0)=0, то это не значит, что х0- точка экстремума. Например, для функции у=х3 ее производная у'=3х2 равна нулю при х=0, но х=0 не точка экстремума (см. рис.).

Существуют функции, которые в точках экстремума не имеют производной. Например, непрерывная функция у=׀ х׀ в точке х=0 производной не имеет, но точка х=0 — точка минимума (см. рис.).

Таким образом, непрерывная функция может иметь экстремум лишь в точках, где производная функции равна нулю или не существует. Такие точки называются критическими.