СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до 26.06.2025

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Лекция 6. "Исследование функций и построение графиков"

Категория: Математика

Нажмите, чтобы узнать подробности

Для чего нужно это исследование, спросите вы, если есть множество сервисов, которые построят график онлайн для самых замудренных функций? Для того, чтобы узнать свойства и особенности данной функции: как ведет себя на бесконечности, насколько быстро меняет знак, как плавно или резко возрастает или убывает, куда направлены "горбы" выпуклости, где не определены значения и т.п.

А уже на основании этих "особенностей" и строится макет графика - картинка, которая на самом-то деле вторична (хотя в учебных целях важна и подтверждает правильность вашего решения).

Начнем, конечно же, с плана. Исследование функции - объемная задача (пожалуй, самая объемная из традиционного курса высшей математики, обычно от 2 до 4 страниц с учетом чертежа), поэтому, чтобы не забыть, что в каком порядке делать, следуем пунктам, описанным ниже.

Алгоритм

  1. Найти область определения. Выделить особые точки (точки разрыва).
  2. Проверить наличие вертикальных асимптот в точках разрыва и на границах области определения.
  3. Найти точки пересечения с осями координат.
  4. Установить, является ли функция чётной или нечётной.
  5. Определить, является ли функция периодической или нет (только для тригонометрических функций).
  6. Найти точки экстремума и интервалы монотонности.
  7. Найти точки перегиба и интервалы выпуклости-вогнутости.
  8. Найти наклонные асимптоты. Исследовать поведение на бесконечности.
  9. Выбрать дополнительные точки и вычислить их координаты.
  10. Построить график и асимптоты.

В разных источниках (учебниках, методичках, лекциях вашего преподавателя) список может иметь отличный от данного вид: некоторые пункты меняются местами, объединяются с другими, сокращаются или убираются. Учитывайте требования/предпочтения вашего учителя при оформлении решения.

Показать полностью

Просмотр содержимого документа
«Лекция 6. "Исследование функций и построение графиков"»

Исследование функций и построение графиков к.п.н., преподаватель высшей категории  Никитин М.Е.   Раменское, 2021

Исследование функций и построение графиков

к.п.н., преподаватель высшей категории Никитин М.Е. Раменское, 2021

Теоретический материал

Теоретический материал

Содержание 1) Область определения функции 2) Свойства функции (четность, нечетность, периодичность) 4) Точки пересечения функции с осями координат 5) Непрерывность функции. Характер точек разрыва 6) Асимптоты 7) Экстремумы функции. Исследование функции на монотонность 8) Выпуклость функции. Точки перегиба

Содержание

1) Область определения функции

2) Свойства функции (четность, нечетность, периодичность)

4) Точки пересечения функции с осями координат

5) Непрерывность функции. Характер точек разрыва

6) Асимптоты

7) Экстремумы функции. Исследование функции на монотонность

8) Выпуклость функции. Точки перегиба

Область определения функции Определение .  Областью определения функции называется множество значений независимой переменной, при которых функция определена. Примеры.

Область определения функции

Определение . Областью определения функции называется множество значений независимой переменной, при которых функция определена.

Примеры.

Четные и нечетные функции Функция y=f(x) называется четной , если Функция y=f(x) называется нечетной , если

Четные и нечетные функции

Функция y=f(x) называется четной , если

Функция y=f(x) называется нечетной , если

Периодичные функции Определение. Функция y = f (x) называется периодической , если существует такое положительное число Т , что если х принадлежит D f , то  х± Т также принадлежит D f  и f ( x +T)= f (T).

Периодичные функции

Определение. Функция y = f (x) называется периодической , если существует такое положительное число Т , что если х принадлежит D f , то х± Т также принадлежит D f и f ( x +T)= f (T).

Точки пересечения с осями координат  При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат.  Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.  При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат.   Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.  При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат.   Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.

Точки пересечения с осями координат

При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат.

Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.

  • При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат. Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.
  • При исследовании функции необходимо найти координаты точек пересечения графика функции с осями координат. Абсциссы точек пересечения графика функции с осью Ох находятся из системы уравнений у= f ( x ) и у= 0, а ординаты точек пересечения графика функции с осью Оу находятся из системы уравнений у= f (x) и х= 0.

Непрерывность  Характер точек разрыва  Функция у= f(x)  называется непрерывной в точке х 0 , если функция определена в точке х 0 и предел функции в точке х 0 равен значению функции в точке х 0 .  Функции, непрерывные в каждой точке из области определения функции, называются непрерывными функциями .  Примеры непрерывных функций: y=cosx , y=sinx , y=e x , y=P n (x) ( многочлен степени n ) .

Непрерывность Характер точек разрыва

Функция у= f(x) называется непрерывной в точке х 0 , если функция определена в точке х 0 и предел функции в точке х 0 равен значению функции в точке х 0 .

Функции, непрерывные в каждой точке из области определения функции, называются непрерывными функциями .

Примеры непрерывных функций: y=cosx , y=sinx , y=e x , y=P n (x) ( многочлен степени n ) .

Точки разрыва функции

Определение. Точкой разрыва функции называется точка из области определения функции, в которой функция не является непрерывной.

Пример. Функция

size 12{ {} cSub {} } {} VkNMTVRGAQAxAAAAAAAAAAEAGwAAAAAAAAAAAAAAAAABAAAAAQAAAAEAAAABAAAAAfQAAAAT AwAACAAAAJYAAQACAAAACQCLAAEAAgAAAP//gQABABAAAAAAAAAAAAAAAPMAAAASAwAAlQAB AAQAAAAAAAAAlgABAAIAAAAJAJUAAQAEAAAAAAAAAJYAAQACAAAACQCMAAEAAAAAAA== lim x → 0 f ( x ) = lim x → 0 sin x x = 1 , f ( 0 ) = 0 size 12{ { size 24{"lim"} } cSub { size 8{x rightarrow 0} } f \( x \) = { size 24{"lim"} } cSub { size 8{x rightarrow 0} } { {"sin"x} over {x} } =1,`f \( 0 \) =0} {} VkNMTVRGAQAxAAAAAAAAAAEAGwAAAAAAAAAAAAAAAAABAAAAAQAAAAEAAAABAAAAATYeAAAe BQAAwAAAAJYAAQACAAAACQCLAAEAAgAAAP//gQABABAAAAAAAAAAAAAAADUeAAAdBQAAlQAB AAQAAAAAAAAAlgABAAIAAAAJAIsAAQACAAAAHwCKAAEAPgAAAAMAOAAAAAwARGVqYVZ1IFNl cmlmAAAAAAAATAMAAAAAAAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAAB AIcAAQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAHQAAAGoAAAAaAwAAAwBsaW08BQAAAAAD AAMAbABpAG0AjAABAAAAAACLAAEAAgAAAB8AigABAD4AAAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJp ZgAAAAAAABkBAAAAAAAAAAAFAAAAAAACAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCH AAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABcAAADcAQAA3AQAAAEAeJ4AAAAAAAEAAQB4 AIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA8AAAAAwA2AAAACgBPcGVuU3ltYm9sAAAAAAAAGQEA AP//AAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcAAQAFAAAA//// /wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAGgAAALACAADcBAAAAQAAAJIh3gAAAAAAAQABAJIhjAABAAAA AACLAAEAAgAAAB8AigABAD4AAAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJpZgAAAAAAABkBAAAAAAAA AAAFAAAAAAAAAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgAB AAQAAAAAAAAAcgACABcAAACeAwAA3AQAAAEAMLMAAAAAAAEAAQAwAIwAAQAAAAAAiwABAAIA AAAfAIoAAQA+AAAAAwA4AAAADABEZWphVnUgU2VyaWYAAAAAAACmAQAAAAAAAAAABQAAAAAA AgD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAA AHIAAgAXAAAA/wUAABoDAAABAGacAAAAAAABAAEAZgCMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEA PAAAAAMANgAAAAoAT3BlblN5bWJvbAAAAAAAAKYBAAD//wAAAAAFAAAAAAAAAP8DAAAAAAAA AAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABoAAADS BgAAGgMAAAEAAAAoAI8AAAAAAAEAAQAoAIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA+AAAAAwA4 AAAADABEZWphVnUgU2VyaWYAAAAAAACmAQAAAAAAAAAABQAAAAAAAgD/AwAAAAAAAAABAP8D AAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAAAHIAAgAXAAAApgcAABoD AAABAHjuAAAAAAABAAEAeACMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEAPAAAAAMANgAAAAoAT3Bl blN5bWJvbAAAAAAAAKYBAAD//wAAAAAFAAAAAAAAAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQAC AAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABoAAADJCAAAGgMAAAEAAAApAI8A AAAAAAEAAQApAIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA8AAAAAwA2AAAACgBPcGVuU3ltYm9s AAAAAAAApgEAAP//AAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcA AQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAGgAAAE0JAAAaAwAAAQAAAD0ATwEAAAAAAQAB AD0AjAABAAAAAACLAAEAAgAAAB8AigABAD4AAAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJpZgAAAAAA AEwDAAAAAAAAAAAFAAAAAAAAAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAA AP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACAB0AAADACgAAGgMAAAMAbGltPAUAAAAAAwADAGwAaQBt AIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA+AAAAAwA4AAAADABEZWphVnUgU2VyaWYAAAAAAAAZ AQAAAAAAAAAABQAAAAAAAgD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/ ////AIYAAQAEAAAAAAAAAHIAAgAXAAAAMgwAANwEAAABAHieAAAAAAABAAEAeACMAAEAAAAA AIsAAQACAAAAHwCKAAEAPAAAAAMANgAAAAoAT3BlblN5bWJvbAAAAAAAABkBAAD//wAAAAAF AAAAAAAAAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQA AAAAAAAAcgACABoAAADrDAAA3AQAAAEAAACSId4AAAAAAAEAAQCSIYwAAQAAAAAAiwABAAIA AAAfAIoAAQA+AAAAAwA4AAAADABEZWphVnUgU2VyaWYAAAAAAAAZAQAAAAAAAAAABQAAAAAA AAD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAA AHIAAgAXAAAA2Q0AANwEAAABADCzAAAAAAABAAEAMACMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEA PgAAAAMAOAAAAAwARGVqYVZ1IFNlcmlmAAAAAAAApgEAAAAAAAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAA AAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcAAQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAHQAA ADoQAAARAgAAAwBzaW5vAgAAAAADAAMAcwBpAG4AjAABAAAAAACLAAEAAgAAAB8AigABAD4A AAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJpZgAAAAAAAKYBAAAAAAAAAAAFAAAAAAACAP8DAAAAAAAA AAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABcAAADq EgAAEQIAAAEAeO4AAAAAAAEAAQB4AIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIUAAQAFAAAAAAAAAAGE AAEABQAAAAAAAAAAigABADwAAAADADYAAAAKAE9wZW5TeW1ib2wAAAAAAACmAQAA//8AAAAA BQAAAAAAAAD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAE AAAAAAAAAGcAAQAQAAAAVBAAAJUCAAAvFAAAqQIAAIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA+ AAAAAwA4AAAADABEZWphVnUgU2VyaWYAAAAAAACmAQAAAAAAAAAABQAAAAAAAgD/AwAAAAAA AAABAP8DAAAAAACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAAAHIAAgAXAAAA xxEAAD0EAAABAHjuAAAAAAABAAEAeACMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEAPAAAAAMANgAA AAoAT3BlblN5bWJvbAAAAAAAAKYBAAD//wAAAAAFAAAAAAAAAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAA AIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABoAAABCFAAAGgMAAAEA AAA9AE8BAAAAAAEAAQA9AIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA+AAAAAwA4AAAADABEZWph VnUgU2VyaWYAAAAAAACmAQAAAAAAAAAABQAAAAAAAAD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAAAACIAAEA AgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAAAHIAAgAXAAAAmhUAABoDAAABADEMAQAA AAABAAEAMQCMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEAPgAAAAMAOAAAAAwARGVqYVZ1IFNlcmlm AAAAAAAApgEAAAAAAAAAAAUAAAAAAAIA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcA AQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAFwAAANcWAAAaAwAAAQAshgAAAAAAAQABACwA jAABAAAAAACLAAEAAgAAAB8AigABAD4AAAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJpZgAAAAAAAKYB AAAAAAAAAAAFAAAAAAACAP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP// //8AhgABAAQAAAAAAAAAcgACABcAAADgFwAAGgMAAAEAZpwAAAAAAAEAAQBmAIwAAQAAAAAA iwABAAIAAAAfAIoAAQA8AAAAAwA2AAAACgBPcGVuU3ltYm9sAAAAAAAApgEAAP//AAAAAAUA AAAAAAAA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcAAQAFAAAA/////wCGAAEABAAA AAAAAAByAAIAGgAAAM4YAAAaAwAAAQAAACgAjwAAAAAAAQABACgAjAABAAAAAACLAAEAAgAA AB8AigABAD4AAAADADgAAAAMAERlamFWdSBTZXJpZgAAAAAAAKYBAAAAAAAAAAAFAAAAAAAA AP8DAAAAAAAAAAEA/wMAAAAAAIgAAQACAAAAAQCHAAEABQAAAP////8AhgABAAQAAAAAAAAA cgACABcAAACHGQAAGgMAAAEAMAwBAAAAAAEAAQAwAIwAAQAAAAAAiwABAAIAAAAfAIoAAQA8 AAAAAwA2AAAACgBPcGVuU3ltYm9sAAAAAAAApgEAAP//AAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAAAAAA AQD/AwAAAAAAiAABAAIAAAABAIcAAQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAGgAAAKoa AAAaAwAAAQAAACkAjwAAAAAAAQABACkAjAABAAAAAACLAAEAAgAAAB8AigABADwAAAADADYA AAAKAE9wZW5TeW1ib2wAAAAAAACmAQAA//8AAAAABQAAAAAAAAD/AwAAAAAAAAABAP8DAAAA AACIAAEAAgAAAAEAhwABAAUAAAD/////AIYAAQAEAAAAAAAAAHIAAgAaAAAASRsAABoDAAAB AAAAPQBPAQAAAAABAAEAPQCMAAEAAAAAAIsAAQACAAAAHwCKAAEAPgAAAAMAOAAAAAwARGVq YVZ1IFNlcmlmAAAAAAAApgEAAAAAAAAAAAUAAAAAAAAA/wMAAAAAAAAAAQD/AwAAAAAAiAAB AAIAAAABAIcAAQAFAAAA/////wCGAAEABAAAAAAAAAByAAIAFwAAAKEcAAAaAwAAAQAwDAEA AAAAAQABADAAjAABAAAAAACVAAEABAAAAAAAAACWAAEAAgAAAAkAjAABAAAAAAA=

разрывна в 0, так как

Классификация точек разрыва  Точки устранимого разрыва Если в точке х 0 существуют конечные односторонние пределы функции, равные между собой, но не равные значению функции в точке х 0 , то точка х 0 называется точкой устранимого разрыва .

Классификация точек разрыва Точки устранимого разрыва

Если в точке х 0 существуют конечные односторонние пределы функции, равные между собой, но не равные значению функции в точке х 0 , то точка х 0 называется точкой устранимого разрыва .

Классификация точек разрыва  Точки скачка  Если в точке х 0 существуют конечные односторонние пределы функции, не равные между собой, то точка х 0 называется точкой скачка (точкой разрыва I рода) .

Классификация точек разрыва Точки скачка

Если в точке х 0 существуют конечные односторонние пределы функции, не равные между собой, то точка х 0 называется точкой скачка (точкой разрыва I рода) .

Классификация точек разрыва  Точки разрыва II рода  Если хотя бы один из односторонних пределов функции в точке х 0 не существует или бесконечен, то точка называется точкой разрыва II рода .

Классификация точек разрыва Точки разрыва II рода

Если хотя бы один из односторонних пределов функции в точке х 0 не существует или бесконечен, то точка называется точкой разрыва II рода .

Вертикальные асимптоты Прямая х=х 0 называется вертикальной асимптотой графика функции при , если или .

Вертикальные асимптоты

Прямая х=х 0 называется вертикальной асимптотой графика функции при , если

или

.

Наклонные асимптоты  Если существует прямая y=kx+b такая, что  , то эта прямая называется асимптотой графика функции f  при . Для того чтобы прямая y=kx+b была асимптотой, необходимо и достаточно, чтобы выполнялись следующие условия: , .

Наклонные асимптоты

Если существует прямая y=kx+b такая, что

, то эта прямая называется

асимптотой графика функции f при

.

Для того чтобы прямая y=kx+b была асимптотой, необходимо и достаточно, чтобы выполнялись следующие условия:

,

.

f ( x 0 ) ). Точки минимума и точки максимума функции называются точками экстремума функции. Необходимое условие экстремума . Пусть точка х 0 - точка экстремума функции. Тогда либо производная функции в этой точке равна 0, либо не существует. " width="640"

Экстремумы функции

Пусть функция f ( x ) определена и непрерывна на интервале ( а , b ). Точка х 0 интервала ( а , b ) называется точкой строгого максимума (минимума) функции f ( x ) , если в некоторой проколотой окрестности точки х 0 f ( x )f ( x 0 ) ( f ( x ) f ( x 0 ) ).

Точки минимума и точки максимума функции называются точками экстремума функции.

Необходимое условие экстремума . Пусть точка х 0 - точка экстремума функции. Тогда либо производная функции в этой точке равна 0, либо не существует.

0 ( f '( x )0) в ( а , b ) , то функция f ( x ) строго возрастает (строго убывает) в ( а , b ) . Рассмотрим функцию f(x) = x + 1|x Критические точки функции х =±1. f '( x )0 при х х 1; f '( x )x x функция возрастает функция убывает " width="640"

Исследование функции на монотонность

Известно, что если f '( x )0 ( f '( x )0) в ( а , b ) , то функция f ( x ) строго возрастает (строго убывает) в ( а , b ) .

Рассмотрим функцию f(x) = x + 1|x

Критические точки функции х =±1. f '( x )0 при х х 1; f '( x )x x

функция возрастает

функция убывает

Выпуклость функции  Функция у= f ( х ), определенная на интервале ( а , b ), называется выпуклой вверх ( вниз ) в интервале ( а , b ), если для любых х 1 и х 2 из интервала ( а , b ) из того, что х 1 х 2 , следует, что часть графика функции между точками ( х 1 , f ( х 1 )) и ( х 2 , f ( х 2 )) лежит выше (ниже) хорды, соединяющей эти точки.

Выпуклость функции

Функция у= f ( х ), определенная на интервале ( а , b ), называется выпуклой вверх ( вниз ) в интервале ( а , b ), если для любых х 1 и х 2 из интервала ( а , b ) из того, что х 1 х 2 , следует, что часть графика функции между точками ( х 1 , f ( х 1 )) и ( х 2 , f ( х 2 )) лежит выше (ниже) хорды, соединяющей эти точки.

Выпуклость функции.  Точки перегиба  Также говорят, что график функции f ( x ) имеет на интервале  ( a , b ) выпуклость, направленную вниз (вверх), если график этой функции в пределах ( a , b ) лежит не ниже (не выше) любой своей касательной.   Если график функции в точке ( х 0 , f ( x 0 )) переходит с одной стороны касательной на другую, то точка х 0 называется точкой перегиба функции  f ( x ).

Выпуклость функции. Точки перегиба

Также говорят, что график функции f ( x ) имеет на интервале ( a , b ) выпуклость, направленную вниз (вверх), если график этой функции в пределах ( a , b ) лежит не ниже (не выше) любой своей касательной.

Если график функции в точке ( х 0 , f ( x 0 )) переходит с одной стороны касательной на другую, то точка х 0 называется точкой перегиба функции f ( x ).

0 , то на интервале ( а , b ) функция выпукла вниз, и если на интервале f ''( x ) на интервале ( а , b ) функция выпукла вверх. Достаточное условие строгой выпуклости функции Если в левой и правой полуокрестностях некоторой точки х 0 f ''( x ) имеет противоположные знаки, то точка х 0 – точка перегиба функции. " width="640"

Достаточные условия выпуклости функции и существования точек перегиба

Достаточное условие строгой выпуклости функции

Если на интервале ( а , b ) f ''( x )0 , то на интервале ( а , b ) функция выпукла вниз, и если на интервале f ''( x )

на интервале ( а , b ) функция выпукла вверх.

Достаточное условие строгой выпуклости функции

Если в левой и правой полуокрестностях некоторой точки х 0 f ''( x ) имеет противоположные знаки, то точка х 0 – точка перегиба функции.

Практический материал

Практический материал

Исследуем функцию и построим её график. 1). Поскольку знаменатель положителен при всех , область определения функции - вся ось 2). Функция f(x) - нечётная, поскольку при смене знака  x числитель меняет знак, а знаменатель остаётся без изменения, откуда f(-x) = - f(x) . Следовательно, график функции симметричен относительно начала координат.  Периодической функция не является. 3). Поскольку область определения этой элементарной функции -- вся вещественная ось, вертикальных асимптот график не имеет.

Исследуем функцию и построим её график.

1). Поскольку знаменатель положителен при всех , область определения функции - вся ось

2). Функция f(x) - нечётная, поскольку при смене знака x числитель меняет знак, а знаменатель остаётся без изменения, откуда f(-x) = - f(x) . Следовательно, график функции симметричен относительно начала координат.

Периодической функция не является.

3). Поскольку область определения этой элементарной функции -- вся вещественная ось, вертикальных асимптот график не имеет.

4). Найдём наклонные асимптоты при  в виде   . Имеем: Таким образом, асимптотой как при  , так и при   служит  прямая  .

4). Найдём наклонные асимптоты при в виде

. Имеем:

Таким образом, асимптотой как при , так и при

служит прямая .

0 при x0 и f(x) при x . " width="640"

5). Найдём точки пересечения с осями координат. Имеем:

f(0) = 0 , причём x=0 - единственное решение уравнения f(x) = 0 . Значит, график y = f(x) пересекает сразу и ось O x , и ось O y в начале координат.

Очевидно, что f(x)0 при x0 и f(x) при x .

6) Найдём производную:   Очевидно, что f´(x) ≥ 0 при всех  ; единственная точка, в которой  f´(x) = 0 - это x=0 . Значит, функция f(x) возрастает на всей оси O x , а в стационарной точке x=0  имеет горизонтальную касательную.

6) Найдём производную:

Очевидно, что f´(x) ≥ 0 при всех ; единственная точка, в которой f´(x) = 0 - это x=0 . Значит, функция f(x) возрастает на всей оси O x , а в стационарной точке x=0 имеет горизонтальную касательную.

0 на интервалах и - на этих интервалах функция выпукла. На интервалах и выполняется обратное неравенство f’’(x) , здесь функция вогнута. Все три точки, в которых f’’(x)=0 , то есть точки - √3, 0, √3, являются точками перегиба. " width="640"

7) Найдём вторую производную:

Знаменатель этой дроби положителен при всех x . Числитель имеет корни x=0 и x=±√3 , при этом f’’(x)0 на интервалах и - на этих интервалах функция выпукла. На интервалах и выполняется обратное неравенство f’’(x) , здесь функция вогнута. Все три точки, в которых f’’(x)=0 , то есть точки - √3, 0, √3, являются точками перегиба.

8). Теперь мы можем построить график с учётом всех предыдущих пунктов исследования функции. График имеет такой вид:

8). Теперь мы можем построить график с учётом всех предыдущих пунктов исследования функции. График имеет такой вид:

Исследуем функцию f(x) = (x 2 – 2x)e x  и построим её график. 1). Ясно, что D(f) = R , поскольку оба сомножителя в выражении f(x) определены при любом . Область значений E(f) найдём после того, как отыщем локальные экстремумы функции. 2). Функция не является ни чётной, ни нечётной; не является она и периодической. 3). Область определения не имеет граничных точек, значит, нет и вертикальных асимптот графика.

Исследуем функцию f(x) = (x 2 – 2x)e x и построим её график.

1). Ясно, что D(f) = R , поскольку оба сомножителя в выражении f(x) определены при любом . Область значений E(f) найдём после того, как отыщем локальные экстремумы функции.

2). Функция не является ни чётной, ни нечётной; не является она и периодической.

3). Область определения не имеет граничных точек, значит, нет и вертикальных асимптот графика.

4) Будем искать наклонные асимптоты в виде y = kx + b. Коэффициент k  найдём по формуле  : при  имеем   так что при  асимптоты нет, причём функция f(x) стремится к  при . При  имеем:

4) Будем искать наклонные асимптоты в виде y = kx + b. Коэффициент k найдём по формуле : при имеем

так что при асимптоты нет, причём функция f(x) стремится к при .

При имеем:

Теперь найдём значение b  по формуле  . Имеем: Таким образом, k=0  и b=0 , так что при  асимптота имеет  уравнение y=0 , то есть совпадает с осью O x . 5). Точка пересечения с осью O y  равна f(0)=0 . Заодно нашли одну точку пересечения с осью O x . Чтобы найти все точки пересечения графика с осью O x , решаем уравнение f(x) = (x 2 – 2x)e x  . Поскольку e x ≠ 0 , решаем уравнение  , откуда получаем два корня: x=0  и  x=2 . Так как точек разрыва нет, то имеем три интервала знакопостоянства функции:  , и  .

Теперь найдём значение b по формуле .

Имеем:

Таким образом, k=0 и b=0 , так что при асимптота имеет уравнение y=0 , то есть совпадает с осью O x .

5). Точка пересечения с осью O y равна f(0)=0 . Заодно нашли одну точку пересечения с осью O x . Чтобы найти все точки пересечения графика с осью O x , решаем уравнение f(x) = (x 2 – 2x)e x . Поскольку e x ≠ 0 , решаем уравнение , откуда получаем два корня: x=0 и x=2 . Так как точек разрыва нет, то имеем три интервала знакопостоянства функции: , и

.

0 при всех x . Значит, f(x)0 при и при и f(x) при . 6) Вычислим производную: Интервалы возрастания задаются неравенством f‘(x)0 , то есть, с учётом того, что e x 0 , неравенством x 2 – 2x0 . Решением этого неравенства служит множество На этих двух интервалах функция возрастает. Легко видеть, что на интервале выполняется неравенство f‘(x) , следовательно, это интервал убывания функции. В точке -√2 возрастание сменяется убыванием, значит, точка   -√2 - точка локального максимума. " width="640"

Знак функции определяется множителем x 2 – 2x , поскольку e x 0 при всех x . Значит, f(x)0 при и при и f(x) при .

6) Вычислим производную:

Интервалы возрастания задаются неравенством f‘(x)0 , то есть, с учётом того, что e x 0 , неравенством x 2 – 2x0 . Решением этого неравенства служит множество

На этих двух интервалах функция возрастает. Легко видеть, что на интервале выполняется неравенство f‘(x) , следовательно, это интервал убывания функции. В точке -√2 возрастание сменяется убыванием, значит, точка   -√2 - точка локального максимума.

Значение функции в этой точке равно  В точке √2 убывание сменяется возрастанием, значит, точка √2 -- точка локального минимума функции. Значение функции в точке минимума таково: Теперь мы можем примерно представить, как идёт график функции:  Эскиз графика  функции f(x)

Значение функции в этой точке равно

В точке √2 убывание сменяется возрастанием, значит, точка √2 -- точка локального минимума функции. Значение функции в точке минимума таково:

Теперь мы можем примерно представить, как идёт график функции:

Эскиз графика

функции f(x)

0 . Решением этого квадратного неравенства служит объединение интервалов и . На этих интервалах функция выпукла. " width="640"

Становится очевидно, что область значений функции -- это

7) По эскизу графика видно, что где-то в местах, обведённых кружочками, должно смениться направление выпуклости, то есть должны быть точки перегиба. Для исследования этого найдём вторую производную:

Решим неравенство , эквивалентное неравенству x 2 +2x-20 . Решением этого квадратного неравенства служит объединение интервалов и . На этих интервалах функция выпукла.

Ясно, что на интервале  функция будет вогнутой. Тем самым точки  и    -- это точки перегиба. Значения функции в точках перегиба такие: 8). Осталось построить окончательный чертёж:  График функции  (x 2 – 2x)e x .

Ясно, что на интервале функция будет вогнутой. Тем самым точки и   -- это точки перегиба. Значения функции в точках перегиба такие:

8). Осталось построить окончательный чертёж:

График функции (x 2 – 2x)e x .


Скачать

Рекомендуем курсы ПК и ППК для учителей

Вебинар для учителей

Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!