- •Основные понятия
- •Скалярное произведение векторов и его свойства
- •7.1. Определение векторного произведения
- •7.2. Свойства векторного произведения
- •7.3. Выражение векторного произведения через координаты
- •7.4. Некоторые приложения векторного произведения
- •Смешанное произведение трех векторов и его свойства
- •Краткий конспект лекции 13
- •Глава 5. Элементарная теория линейных операторов (продолжение)
- •5.3. Сопряженный оператор
- •5.3.1. Сопряженный оператор и его матрица
- •5.3.2. Самосопряженный оператор
- •5.3.3. Собственные значения и собственные векторы самосопряженного оператора
- •5.3.4. Приведение матрицы линейного оператора к диагональной форме
- •Теорема Ролля
- •2. Теорема Лагранжа
- •3. Теорема Коши
- •4. Правило Лопиталя
- •Первый замечательный предел
- •Формула Тейлора
- •Достаточные признаки возрастания и убывания функции.
- •Достаточные признаки экстремума функции.
- •Производная по направлению и градиент функции нескольких переменных
Первый замечательный предел
Доказательство
Рассмотрим односторонние пределы и и докажем, что они равны 1.
Пусть . Отложим этот угол на единичной окружности (R = 1).
Точка K — точка пересечения луча с окружностью, а точка L — с касательной к единичной окружности в точке (1;0). Точка H — проекция точки K на ось OX.
Очевидно, что:
(1)
(где SsectOKA — площадь сектора OKA)
(из : | LA | = tgx)
Подставляя в (1), получим:
Так как при :
Умножаем на sinx:
Перейдём к пределу:
Найдём левый односторонний предел:
Правый и левый односторонний пределы существуют и равны 1, а значит и сам предел равен 1.
Следствия
Вторым замечательным пределом называется предел
Следствия
для ,
#47
Формула Тейлора
Формула Тейлора используется при доказательстве большого числа теорем в дифференциальном исчислении. Говоря нестрого, формула Тейлора показывает поведение функции в окрестности некоторой точки.
Теорема:
-
Пусть функция f(x) имеет n + 1 производную в некоторой окрестности точки a,
Пусть
Пусть p — произвольное положительное число,
тогда: точка при x < a или при x > a:
#48
Экспонента:
Натуральный логарифм:
для всех
В частности:
Квадратный корень:
для всех
для всех | x | < 1
Тригонометрические функции:
для всех где B2n — Числа Бернулли
для всех
для всех
#49
Достаточные признаки возрастания и убывания функции.
На основании достаточных признаков находятся промежутки возрастания и убывания функции. Вот формулировки признаков:
если производная функции y = f(x) положительна для любого x из интервала X, то функция возрастает на X;
если производная функции y = f(x) отрицательна для любого x из интервала X, то функция убывает на X.
Таким образом, чтобы определить промежутки возрастания и убывания функции необходимо:
найти область определения функции;
найти производную функции;
решить неравенства и на области определения;
к полученным промежуткам добавить граничные точки, в которых функция определена и непрерывна.
Достаточные признаки экстремума функции.
Для нахождения максимумов и минимумов функции можно пользоваться любым из трех достаточных признаков экстремума. Хотя самым распространенным и удобным является первый из них. Первое достаточное условие экстремума. Пусть функция y = f(x) дифференцируема в -окрестности точки , а в самой точке непрерывна. Тогда
если при и при , то - точка максимума;
если при и при , то - точка минимума.
Другими словами:
если в точке функция непрерывна и в ней производная меняет знак с плюса на минус, то - точка максимума;
если в точке функция непрерывна и в ней производная меняет знак с минуса на плюс, то - точка минимума.
Алгоритм.
Находим область определения функции.
Находим производную функции на области определения.
Определяем нули числителя, нули знаменателя производной и точки области определения, в которых производная не существует (эти точки называют точками возможного экстремума, проходя через эти точки, производная как раз может изменять свой знак).
Эти точки разбивают область определения функции на промежутки, в которых производная сохраняет знак. Определяем знаки производной на каждом из интервалов (например, вычисляя значение производной функции в любой точке отдельно взятого интервала).
Выбираем точки, в которых функция непрерывна и, проходя через которые, производная меняет знак.
Второй достаточный признак экстремума функции. Пусть ,
если , то - точка минимума;
если , то - точка максимума.
Третий достаточный признак экстремума функции. Пусть функция y = f(x) имеет производные до n-ого порядка в -окрестности точки и производные до n+1-ого порядка в самой точке . Пусть и . Тогда,
если n – четное, то - точка перегиба;
если n – нечетное, то - точка экстремума.
Причем,
если , то - точка минимума;
если , то - точка максимума.
Сформулируем теорему, которая позволяет определять промежутки выпуклости функции. Если функция y = f(x) имеет конечную вторую производную на интервале Х и если выполняется неравенство ( ), то график функции имеет выпуклость направленную вниз (вверх) на Х.
Сформулируем необходимое условие перегиба графика функции. Пусть график функции y = f(x) имеет перегиб в точке и имеет при непрерывную вторую производную, тогда выполняется равенство .
Второе достаточное условие перегиба графика функции. Если , а , тогда является абсциссой точки перегиба графика функции y = f(x).
№54