ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Приложение производной к исследованию функции

123

И построению ее графика

Методы дифференциального исчисления позволяют исследовать функции и строить их графики. Так, по знаку первой производной в интервале можно определить возрастание (убывание) функции, делать выводы о наличии или отсутствии экстремума функции. По знаку второй производной выделяем интервалы выпуклости (вогнутости) графика функции и точки перегиба ее графика.

Справедливы следующие теоремы:

1. Если функция дифференцируема на интервале и для , то эта функция возрастает (убывает) на интервале .

2. Если дифференцируемая функция = имеет экстремум в точке х , то ее производная в этой точке равна нулю: .

3. Если непрерывная функция = дифференцируема в некоторой -окрестности критической точки х и при переходе через нее (слева направо) производная меняет знак с плюса на минус, то х - точка максимума; с минуса на плюс, то х - точка минимума.

4. Если функция = во всех точках интервала имеет отрицательную вторую производную, то график функции в этом интервале выпуклый верх; если , то график выпуклый вниз.

5. Если вторая производная при переходе через точку х , в которой она равна нулю или не существует, меняет знак, то точка графика с абсциссой х - точка перегиба.

Построение графика функции значительно облегчается, если известны его асимптоты.

Различают 2 вида асимптот:

а) Вертикальные, существующие в точках разрыва второго рода. Их уравнения имеют вид .

б) Наклонные: , где

, .

В частности, при наклонная асимптота становится горизонтальной и имеет уравнение .

При исследовании функции и построении ее графика полезно воспользоваться следующей схемой:

1. Найти область определения функции.

2. Найти точки пересечения графика с осями координат, если это возможно.

3. Найти асимптоты графика функции.

4. Найти интервалы монотонности и точки экстремума функции.

5. Найти интервалы выпуклости и вогнутости и точки перегиба графика функции.

На основании полученного исследования построить график.

Пример 7 Исследовать функцию и построить ее график:

Решение.

1. Область определения.

2. Асимптоты графика:

а) вертикальная

б) наклонная , где

3. Найдем производную функции.

; ; .

Определим знак производной в промежутках:

( )	-2	-2, 4		(4, 10)		(10, + )
+		-	не сущ.			+
	max				min

4. Найдем вторую производную функции.

( )		(4, + )
-	не сущ.	+

Точек перегиба графика функции нет.

По результатам исследования построим график функции.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы признаки возрастания и убывания функции?

2. Что называется экстремумом функции?

3. Сформулируйте необходимые и достаточные признаки существования экстремума функции.

4. Как найти интервалы выпуклости и вогнутости кривой и точки перегиба графика функции?

5. Что называется асимптотой кривой?

6. Каких видов бывают асимптоты графика функции и как их найти?

Неопределенный интеграл

Функция называется первообразной функции если Множество первообразных функции называется неопределенным интегралом и обозначается .

Операции дифференцирования и интегрирования взаимнообратны:

поэтому нетрудно получить следующую таблицу интегралов:

1) ( ), 7) ,

2) , 8) ,

3) , 9) ,

4) , 10) ,

5) , 11) ,

6) , 12) .

Не останавливаясь на непосредственном интегрировании по формулам, как на простейшем способе решения примеров, перейдём сразу к более сложным методам.

Метод замены переменного

Пусть требуется найти неопределенный интеграл от непрерывной функции

Рассмотрим некоторую функцию , которая имеет непрерывную производную и обратную функцию . (Например: монотонна). Тогда справедлива формула:

. (4.1.1)

В некоторых ситуациях удается подобрать функцию так, что интеграл в правой части (3.1.1) оказывается проще, чем в левой части. Такой прием называется методом замены переменной. На практике часто формулу используют в обратную сторону:

. (4.1.2)

Другими словами, если подынтегральное выражение может быть записано в форме левой части (4.1.2), то с помощью подстановки получаем более простой интеграл (4.1.1).

Пример 8 .

Решение.

Пример 9 .

На практике часто используется следующая простая формула:

где - первообразная функции .

Пример 10. .

Пример 11. .

Пример 12. .

Интегрирование по частям

Формула интегрирования получается почленным интегрированием формулы производной произведения.

Смысл формулы заключается в том, что производная перебрасывается с одного множителя не другой и интеграл при этом может оказаться проще, чем исходный.

Можно выделить по крайней мере два класса интегралов, для которых применима формула интегрирования по частям.

где - многочлен степени . В качестве нужно взять , а = - другой сомножитель.

При этом формулу приходится применить столько раз, какова степень многочлена.

II. .

В этом случае, наоборот, следует положить = .

Рассмотрим применение указанной схемы.

Пример 13.

Это интеграл первого типа, поэтому:

= =

Пример 14. .

Решение.

Это интеграл второго типа, поэтому имеем:

Заметим, что при использовании формулы интегрирования по частям приходится восстанавливать функцию по ее дифференциалу . Поэтому в качестве этого сомножителя нужно брать легко интегрируемую функцию.

Формула интегрирования по частям может хорошо сработать и в других случаях.

Пример 15 .

Получили уравнение относительного исходного интеграла I. Вынося I за скобку, получим

откуда

123