- •Множества и действия над ними.
- •Понятие отображения, образ и прообраз множества при отображении, суперпозиция отображений, сужение отображения, график отображения.
- •Сюрьективные, инъективные и биективные отображения. Обратное отображение.
- •Аксиома непрерывности множества вещественных чисел. Точные грани числовых множеств.
- •Предел числовой последовательности. Сходящиеся и расходящиеся последовательности.
- •Арифметические свойства сходящихся последовательностей.
- •Предельный переход в неравенствах (для последовательностей).
- •Монотонные последовательности. Теорема о пределе монотонной последовательности.
- •Применение теоремы о пределе монотонной последовательности к вычислению пределов.
- •Число e.
- •Бесконечно малые и бесконечно большие последовательности.
- •Лемма о вложенных отрезках.
- •Подпоследовательности. Теорема Больцано-Вейерштрасса об ограниченной последовательности.
- •Частичные пределы. Верхний и нижний пределы.
- •Фундаментальные последовательности. Критерий Коши сходимости числовой последовательности.
- •Предел функции: два определения и их эквивалентность. Теоремы о пределе функции, вытекающие из теорем о пределе числовой последовательности.
- •Критерий Коши существования предела функции.
- •Локальные свойства функций имеющих предел.
- •Теорема о пределе суперпозиции.
- •Односторонние пределы.
- •Бесконечные пределы и пределы в бесконечности.
- •Бесконечно малые и бесконечно большие функции.
- •Символы о-малое и о-большое, эквивалентные б.М. И б.Б.
- •Замечательные пределы
- •Асимптоты графика функции
- •Понятие непрерывной функции. Простейшие свойства непрерывных функций, в том числе, вытекающие из свойств предела.
- •Точки разрыва функции и их классификация. Примеры: функция Дирихле и другие примеры
- •Равномерно непрерывные функции. Теорема Кантора.
- •Теоремы Больцано-Коши о промежуточных значениях непрерывной функции.
- •Теоремы Вейерштрасса о непрерывных на отрезке функциях.
- •Критерий непрерывности монотонной функции. Теорема об обратной функции к непрерывной и строго монотонной функции.
- •Понятие производной, ее геометрический и механический смысл. Уравнение касательной к графику функции в данной точке.
- •Дифференцируемые функции. Понятие дифференциала.
- •Арифметические операции с дифференцируемыми функциями.
- •Дифференцирование сложной функции.
- •Дифференцирование обратной функции.
- •Дифференцирование элементарных функций. Таблица производных.
- •Локальный экстремум функции. Теорема Ферма.
- •Теоремы о среднем значении для дифференцируемых функций: теоремы Роля, Лагранжа и Коши.
- •Производные и дифференциалы высших порядков.
- •Формула Тейлора для многочлена.
- •Локальная формула Тейлора (формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано).
- •Формула Тейлора с остаточным членом в форме Лагранжа и в форме Коши.
- •Разложение элементарных функций по формуле Тейлора.
- •Правило Лопиталя.
- •Условия монотонности функции.
- •Условия экстремума функции.
- •Условия выпуклости функции.
- •Д о к а з а т е л ь с т в о. Необходимость. Пусть функция является выпуклой. Выберем произвольно , , и покажем, что (9)
- •Точки перегиба графика функции.
- •Множество вещественных чисел (натуральные, целые, рациональные и иррациональные числа, модуль (абсолютная величина вещественного числа) и его свойства.
- •Комплексные числа.
Условия экстремума функции.
Необходимое условие локального экстремума доставляет теорема Ферма. Очевидно, она допускает следующее усиление.
Теорема 1. Если функция определена в некоторой окрестности точки и имеет в ней локальный экстремум, то либо функция не дифференцируема в точке , либо (1)
Определение 1. Если дифференцируемая в точке функция удовлетворяет условию (1), то эта точка называется стационарной точкой функции .
Следующая очевидная теорема доставляет достаточное условие локального экстремума функции, а также достаточные условия отсутствия этого экстремума.
Теорема 2 (достаточное условие локального экстремума в терминах первой производной). Пусть функция определена в некоторой окрестности точки , непрерывна в самой точке и дифференцируема в проколотой окрестности этой точки. Тогда если при “переходе” через точку “слева на право” производная меняет знак с плюса на минус, то в точке функция имеет локальный максимум. Если же при таком переходе через точку производная меняет знак с минуса на плюс, то в точке она имеет локальный минимум. Наконец, если при переходе через точку производная не меняет своего знака, то в этой точке нет локального экстремума.
Теорема 3 (достаточное условие локального экстремума в терминах высших производных). Пусть функция раз дифференцируема в точке ( ). Тогда если (2) и , то при нечетном в точке нет локального экстремума, а при четном есть, при этом в последнем случае (т.е. при , ) если , то в этой точке она имеет локальный максимум, а если , то она имеет в ней локальный минимум.
Д о к а з а т е л ь с т в о. В силу условия (2) локальная формула Тейлора функции в точке имеет вид , а поскольку , где при , то ее можно переписать в виде . (3)
Теперь заметим, что если разность , стоящая здесь слева не меняет знака при переходе через точку , то в этой точке функция имеет локальный экстремум, а если при таком переходе эта разность меняет знак, то в точке нет локального экстремума. Далее сделаем следующее важное\ Замечание А. Так как при и , то в достаточно малой окрестности точки знак выражения, стоящего в квадратных скобках в формуле (3), будет неизменным и будет совпадать со знаком производной . Поэтому в указанной окрестности правая, а значит и левая часть формулы (3), будет менять свой знак тогда и только тогда, когда меняет свой знак многочлен , а он очевидно при переходе через точку меняет свой знак, когда - нечетное и не меняет его, когда - четное.
Таким образом, резюмируя сказанное заключаем, что
1) если - четное, то разность не меняет свой знак в окрестности и, следовательно, функция имеет в этой точке локальный экстремум;
2) если же - нечетное, то разность меняет свой знак в окрестности и, следовательно, функция не имеет в этой точке локального экстремума .
Тип локального экстремума в точке при - четном определяется знаком разности : если он положительный, т.е. если (см.(3) и замечание А), то в точке функция имеет локальный минимум, а если он отрицательный, т. е. если , то в ней она имеет локальный максимум □