Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

Локальная формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано




Ответ:

Теорема(формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано) Пусть -- остаток в формуле Тейлора для функции в точке , и функция имеет непрерывную -ю производную. Тогда -- бесконечно малая величина того же или большего порядка малости, как , при . (Остаточный член , о котором известны эти сведения о порядке малости, называется остаточным членом в форме Пеано.)

Доказательство. Утверждение теоремы означает, что существует

При остаток будет иметь тот же порядок малости, что , а при -- больший порядок малости. Итак, вычислим предел:

 
 

Применим к этому пределу правило Лопиталя, повторив этот приём раз:

 
 
 
 
 

Последний предел мы вычислили прямой подстановкой, поскольку по предположению -- непрерывная функция. Существование предела доказывает утверждение теоремы.

 

27. Исследование функций с помощью первой и второй производной. Необходимое и достаточное условие экстремума функций:

Ответ:

Исследование функций с помощью производной.

Возрастание и убывание функций.

Теорема. 1) Если функция f(x) имеет производную на отрезке [a, b] и возрастает на этом отрезке, то ее производная на этом отрезке неотрицательна, т.е. f¢(x) ³ 0.

2) Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b] и дифференцируема на промежутке (а, b), причем f¢(x) > 0 для a < x < b, то эта функция возрастает на отрезке [a, b].

 

Доказательство.

1) Если функция f(x) возрастает, то f(x + Dx) > f(x) при Dx>0 и f(x + Dx) < f(x) при Dх<0,

тогда:

 

2) Пусть f¢(x)>0 для любых точек х1 и х2, принадлежащих отрезку [a, b], причем x1<x2.

 

Тогда по теореме Лагранжа: f(x2) – f(x1) = f¢(e)(x2 – x1), x1 < e < x2

По условию f¢(e)>0, следовательно, f(x2) – f(x1) >0, т.е. функция f(x) возрастает.

 

Теорема доказана.

 

Аналогично можно сделать вывод о том, что если функция f(x) убывает на отрезке [a, b], то f¢(x)£0 на этом отрезке. Если f¢(x)<0 в промежутке (a, b), то f(x) убывает на отрезке [a, b].

Конечно, данное утверждение справедливо, если функция f(x) непрерывна на отрезке [a, b] и дифференцируема на интервале (a, b).



 

Определение. Функция f(x) имеет в точке х1 максимум, если ее значение в этой точке больше значений во всех точках некоторого интервала, содержащего точку х1. Функция f(x) имеет в точке х2 минимум, если f(x2 +Dx) > f(x2) при любом Dх (Dх может быть и отрицательным).

 

Очевидно, что функция, определенная на отрезке может иметь максимум и минимум только в точках, находящихся внутри этого отрезка. Нельзя также путать максимум и минимум функции с ее наибольшим и наименьшим значением на отрезке – это понятия принципиально различные.

 

Определение. Точки максимума и минимума функции называются точками экстремума.

 

Теорема. (необходимое условие существования экстремума) Если функция f(x) дифференцируема в точке х = х1 и точка х1 является точкой экстремума, то производная функции обращается в нуль в этой точке.

 

Доказательство. Предположим, что функция f(x) имеет в точке х = х1 максимум.

Тогда при достаточно малых положительных Dх>0 верно неравенство:

, т.е.

Тогда

По определению:

 

Т.е. если Dх®0, но Dх<0, то f¢(x1) ³ 0, а если Dх®0, но Dх>0, то f¢(x1) £ 0.

 

А возможно это только в том случае, если при Dх®0 f¢(x1) = 0.

 

Для случая, если функция f(x) имеет в точке х2 минимум теорема доказывается аналогично.

Теорема доказана.

 

Следствие. Обратное утверждение неверно. Если производная функции в некоторой точке равна нулю, то это еще не значит, что в этой точке функция имеет экстремум. Красноречивый пример этого – функция у = х3, производная которой в точке х = 0 равна нулю, однако в этой точке функция имеет только перегиб, а не максимум или минимум.

 

Определение. Критическими точками функции называются точки, в которых производная функции не существует или равна нулю.

 

Теорема. (Достаточные условия существования экстремума)

Пусть функция f(x) непрерывна в интервале (a, b), который содержит критическую точку х1, и дифференцируема во всех точках этого интервала (кроме, может быть, самой точки х1).

Если при переходе через точку х1 слева направо производная функции f¢(x) меняет знак с “+” на “-“, то в точке х = х1 функция f(x) имеет максимум, а если производная меняет знак с “-“ на “+”- то функция имеет минимум.

 

Доказательство.

 

Пусть

 

По теореме Лагранжа: f(x) – f(x1) = f¢(e)(x – x1), где x < e < x1.

 

Тогда: 1) Если х < x1, то e < x1; f¢(e)>0; f¢(e)(x – x1)<0, следовательно

 

f(x) – f(x1)<0 или f(x) < f(x1).

 

2) Если х > x1, то e > x1 f¢(e)<0; f¢(e)(x – x1)<0, следовательно

 

f(x) – f(x1)<0 или f(x) < f(x1).

Т. к. ответы совпадают, то можно сказать, что f(x) < f(x1) в любых точках вблизи х1, т.е. х1 – точка максимума.

 

Доказательство теоремы для точки минимума производится аналогично.

 

Теорема доказана.

 

На основе вышесказанного можно выработать единый порядок действий при нахождении наибольшего и наименьшего значения функции на отрезке:

 

1) Найти критические точки функции.

2) Найти значения функции в критических точках.

3) Найти значения функции на концах отрезка.

4) Выбрать среди полученных значений наибольшее и наименьшее.

Пусть в точке х = х1 f¢(x1) = 0 и f¢¢(x1) существует и непрерывна в некоторой окрестности точки х1.

 

Теорема. Если f¢(x1) = 0, то функция f(x) в точке х = х1 имеет максимум, если f¢¢(x1)<0 и минимум, если f¢¢(x1)>0.

 

Доказательство.

 

Пусть f¢(x1) = 0 и f¢¢(x1)<0. Т.к. функция f(x) непрерывна, то f¢¢(x1) будет отрицательной и в некоторой малой окрестности точки х1.

Т.к. f¢¢(x) = (f¢(x))¢ < 0, то f¢(x) убывает на отрезке, содержащем точку х1, но f¢(x1)=0, т.е. f¢(x) > 0 при х<x1 и f¢(x) < 0 при x>x1. Это и означает, что при переходе через точку х = х1 производная f¢(x) меняет знак с “+” на “-“, т.е. в этой точке функция f(x) имеет максимум.

 

Для случая минимума функции теорема доказывается аналогично.

 

Если f¢¢(x) = 0, то характер критической точки неизвестен. Для его определения требуется дальнейшее исследование.





Читайте также:

Внешняя политика России в пореформенный период
Выражение правовой нормы в письменной форме в официальных документах означает ____ правовой нормы.
Глава III. Государственное регулирование инвестиционной деятельности, осуществляемой в форме капитальных вложений
Двухъярусное строение континентальной земной коры. Геосинклинальный, орогенный и платформенный этапы в истории ее формирования.
Занятие 11. Фонема и морфема как основные единицы, формирующие соседние иерархически связанные ярусы общей структуры языка. Отношение фонемы к словоформе
Золотая Формула Гармонии
Как следует толковать понятие «письменная форма» по Венской конвенции? Относятся ли сообщения по факсу и электронной почте к письменной форме?
Кинематические уравнения (в кватернионной форме)
Лабораторная работа № 3.1 Приобретение основных навыков работы в Microsoft Office Excel. Работа с числовыми, тестовыми данными. Расчеты по формулам
Лабораторная работа №8. ТАБЛИЧНЫЙ ПРОЦЕССОР EXCEL. ТАБЛИЦЫ С ПОСТОЯННЫМИ ДАННЫМИ И ФОРМУЛАМИ






Читайте также:
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация...

©2015 megaobuchalka.ru Все права защищены авторами материалов.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.006 сек.)