Зростання і спадання функції

Функція називається зростаючою на інтервалі , якщо для будь-яких і , що належать до цього інтервалу, і таких, що < , справджується нерівність < .

Функція називається спадною на інтервалі , якщо для будь-яких і , що належать до цього інтервалу, і таких, що < , справджується нерівність > .

Як зростаючі, так і спадні функції називаються монотонними, а інтервали, в яких функція зростає або спадає – інтервалами монотонності.

Зростання і спадання функції характеризується знаком її похідної: якщо у деякому інтервалі > , то функція зростає в цьому інтервалі; якщо ж < , то функція спадає в цьому інтервалі.

Інтервали монотонності можуть відділятися один від одного або точками, де похідна дорівнює нулю, або точками, де похідна не існує. Ці точки називаються критичними точками.

Отже, щоб знайти інтервали монотонності функції , треба:

1) знайти область визначення функції;

2) знайти похідну даної функції;

3) знайти критичні точки з рівняння та за умови, що не існує;

4) розділити критичними точками область визначення на інтервали і у кожному з них визначити знак похідної.

На інтервалах, де похідна додатна, функція зростає, а де від^’ємна – спадає.

Зразки розв’язування задач

Знайти інтервали монотонності функції.

1. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

або , звідки .

Похідна існує на всій області визначення.

4) Знаки похідної:

Функція зростає на інтервалах і . Функція спадає на інтервалі .

 

2. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки: або . Оскільки , рівняння не має коренів, тобто похідна не обертається в нуль. існує на всій області визначення. Отже, критичних точок немає.

4) приймає тільки додатні значення, функція зростає на інтервалі .

3. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

, бо .

Похідна не існує в точці , але ця точка не входить в . Тобто критичних точок немає.

4) На всій області визначення , отже функція всюди спадає.

 

4. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

, звідки , але .

Похідна існує на всій області визначення.

4) Знаки :

Функція зростає на інтервалі , спадає на інтервалі .

5. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

або , звідки .

Похідна існує для всіх .

4) Знаки похідної:

 

Функція зростає на інтервалі , спадає на інтервалах і .

 

6. .

1) Функція визначена на множині дійсних чисел, крім точок .

2) .

3) Критичні точки:

, звідки .

Похідна існує на всій області визначення.

4) Знаки визначимо на інтервалі неперервності .

Так як на інтервалах та , і визначена в точці , то функція зростає на інтервалі . З урахуванням періодичності, маємо: функція зростає на інтервалах , .

 

Завдання для самостійної роботи

Знайти інтервали монотонності функцій:

 

1. ;

 

2. ;

 

3. ;

 

4. .

 

 

 

 

Локальний екстремум функції

Точка називається точкою максимуму (або мінімуму) функції , якщо існує такий окіл < < цієї точки, який належить області визначення функції, і для всіх з цього околу виконується нерівність < (або > ).

Правило знаходження екстремумів (максимумів і мінімумів) за допомогою першої похідної:

1) знайти область визначення ;

2) знайти похідну ;

3) знайти критичні точки;

4) дослідити знак на інтервалах, на які знайдені критичні точки ділять область визначення .

При цьому критична точка є точкою мінімуму, якщо при переході через неї зліва направо змінює знак з “-” на “+”, є точкою максимуму, якщо змінює знак з “+” на “-”.

5) обчислити значення функції в точках екстремуму (екстремуми).

 

Зразки розв’язування задач

Знайти екстремуми функцій.

1. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

.

існує для всіх .

4) Знаки :

При переході через точку похідна змінює знак з «+» на «-», отже - точка максимуму. При переході через точку похідна змінює знак з «-» на «+», тому - точка мінімуму.

5) . .

2. .

1) Область визначення функції .

2) .

3) Критичні точки:

або , звідки .

існує для всіх .

4) Знаки :

При переході через точку похідна змінює знак з «-» на «+», тому точка є точкою мінімуму. При переході через точку похідна змінює знак з «+» на «-». Отже, точка є точкою максимуму.

5) ; .

3. .

1) Область визначення .

2) .

 

3) Критичні точки:

, звідки .

існує на всій області визначення.

4) Знаки :

При переході через точки похідна змінює знак з «-» на «+». Отже, точки є точками мінімуму. При переході через точку похідна змінює знак, але , тому не є точкою екстремуму.

5) Так як функція парна, то

. Тобто .

 

4. .

1) .

2) .

3) Критичні точки:

.

Функція приймає тільки додатні значення, причому . Критичну точку знайдемо з умови: . Отримаємо .

існує для всіх .

4) Знаки :

Функція має дві екстремальні точки: - точка мінімуму; -точка максимуму.

 

5) ; .

 

5. .

1) Область визначення .

2)

.

3) Критичні точки:

а) .

б) не існує при .

4) Знаки :

 

При переході через точку похідна змінює знак з «+» на «-», тому є точкою максимуму. При переході через точку похідна не змінює свій знак. Отже, критична точка не є екстремальною.

5) .

 

6. .

1) .

2) .

3) Критичні точки:

а) , тоді , звідки або .

б) існує для всіх .

4)Знаки :

При переході через точку похідна змінює знак з «-» на «+», тому - точка мінімуму.

 

5) .

7. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

а) , звідки . Але не входить в .

б) існує на всій області визначення.

4) Знаки :

При переході через точку похідна змінює знак з «-» на «+», тому - точка мінімуму.

 

 

5) .

 

8. .

1) Область визначення .

2) .

3) Критичні точки:

а) . Знайдемо , тому рівняння не має коренів, тобто .

б) існує на всій області визначення.

Отже, критичних точок не має і функція не має екстремумів.

 

Завдання для самостійної роботи

Знайти екстремуми функцій:

1. ;

 

2. ;

 

3. ;

4. ;

 

5. .