Исследование функции и построение графика

Функции

пример

Первый способ задания функции: табличный

задача

задача

Второй способ задания функции: с помощью формулы

Пусть $ A=\mathbb{R}^2=\{(x;y):x\in\mathbb{R},y\in\mathbb{R}\}$ -- числовая плоскость и функция $ f$ задана формулой $\displaystyle f(x;y)=x^2+2xy-y^2.$

Пусть $ f(x)=x_1^2+2x_1+3x_2-x_2^2$ -- функция, заданная во всех точках плоскости $ \mathbb{R}^2=\mathcal{D}(f)=\{(x_1,x_2)=x\}$

Пусть $ f(x)=x_1^2+2x_1+3x_2-x_2^2$ -- функция, заданная во всех точках плоскости $ \mathbb{R}^2=\mathcal{D}(f)=\{(x_1,x_2)=x\}$

Композиция функций

Пусть $ f(x)=\sin x$, $ x\in X=[0;\frac{\pi}{2}]$, и $ g(u)=\sqrt{1-u^2}$, $ u\in U_2=[-1;1]$

Обратная функция

Если $ f$-- ограничение функции $ \sin$ на отрезок $ [-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}]$ (это ограничение называется главной ветвью синуса), то отображение $ f:[-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}]\to[-1;1]$-- биекция.

Аналогично определяется функция арккосинус (обозначается $ \arccos$ или $ \cos^{-1}$). Это функция, обратная к ограничению функции $ \cos$ на отрезок $ [0;\pi]$ (такое ограничение называется главной ветвью косинуса):

Функция арктангенс (обозначается $ \mathop{\rm arctg}\nolimits $, или $ \mathop{\rm tg}\nolimits ^{-1}$, или $ \tan^{-1}$)-- это функция, обратная к ограничению функции $ \mathop{\rm tg}\nolimits $ на интервал $ (-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2})$, то есть обратная к главной ветви тангенса:

Определение непрерывности функции

Рассмотрим функцию $ f(x)=\left\{\begin{array}{ll}\dfrac{\sin x}{x},&\mbox{при }x\ne0;\\
1,&\mbox{при }x=0\end{array}\right.$ и точку $ {x_0=0}$.

Пусть $ f(x)=\sqrt{\vert x\vert}$ и $ x_0=0$. Тогда $ \lim\limits_{x\to0}f(x)=\lim\limits_{x\to0}\sqrt{\vert x\vert}=0$ и $ {f(0)=\sqrt{0}=0}$.

Определение точек разрыва

Функция $ f(x)=\dfrac{1}{x}$ имеет при $ x=0$ разрыв второго рода, так как $ f(x)\to+\infty$ при $ x\to0+$ и $ f(x)\to-\infty$ при $ x\to0-$

Рассмотрим функцию $ f(x)=\dfrac{\vert x^2-x\vert}{x^2-x}$, для которой $\displaystyle \mathcal{D}(f)=\{x\in\mathbb{R}:x^2-x\ne0\}=(-\infty;0)\cup(0;1)\cup(1;+\infty).$

Возьмём $ f(x)=\frac{\sin x}{x}$

Рассмотрим функцию $ f(x)=e^{-\frac{1}{x^2}}$

Рассмотрим функцию $ f(x)=x^n\sin\frac{1}{x}$, где $ n\in\mathbb{N}$.

Рассмотрим функцию $ f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}$.

Рассмотрим функцию $ f(x)=e^{\frac{1}{x}}$; её область определения $ {\mathcal{D}(f)=\mathbb{R}\diagdown \{0\}}$, и точка $ x=0$ -- точка разрыва.

Функция $ f(x)=\dfrac{1}{x^2}$ имеет при $ x=0$ разрыв второго рода, так как $ f(x)\to+\infty$ при $ x\to0+$ и $ x\to0-$.      Рассмотрим функцию $ f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{x}}\sin\dfrac{1}{x}$

Рассмотрим функцию $ f(x)$, заданную равенством $\displaystyle f(x)=\lim_{n\to\infty}\cos^nx.$

Непрерывность функций и точки разрыва

Рассмотрим функцию $ H(x)=\left\{\begin{array}{rl}
0,&\mbox{ при }x<0;\\
1,&\mbox{ при }x\geqslant 0
\end{array}\right.
$ (функция Хевисайда) на отрезке $ [0;b]$, $ b>0$. Рассмотрим функцию $ f(x)=\cos x-x$ на отрезке $ [0;\frac{\pi}{2}]$.

Пусть функция $ f(x)$ определена на интервале $ (0;4)$ следующим образом: $\displaystyle f(x)=\left\{\begin{array}{ll}
\dfrac{1}{x},&\mbox{ если }x\in(0;...
...x,&\mbox{ если }x\in(2;3];\\
2,&\mbox{ если }x\in(3;4).
\end{array}\right.
$

Равномерная непрерывность

Рассмотрим функцию $ f(x)=\sin x$ и покажем, что она равномерно непрерывна на всей числовой оси $ \mathbb{R}$.

Пусть функция $ f(x)=\dfrac{1}{x}$ рассматривается на интервале $ (0;1)$.

Возрастание и убывание функции

Рассмотрим функцию $ f(x)=x^3$ $ f(x)=x^2\ln x$

$ f(x)=x^3e^x$

Экстремум функции и необходимое условие экстремума

Рассмотрим функцию $ f(x)=x^4+2x^2+5$. $ f(x)=x^4-2x^2+5$ $ f(x)=\vert x\vert$ $ f(x)=(\mathop{\rm arctg}\nolimits x)^3$

Найдём наибольшее и наименьшее значения функции $\displaystyle f(x)=x^3+6x^2-15x-17$

Достаточные условия локального экстремума

Функция $ f(x)=x^4$ также имеет единственную стационарную точку $ x_0=0$ Рассмотрим функцию $ f(x)=x^4-2x^2$.

Выпуклость функции

Рассмотрим функцию $ f(x)=\vert x\vert$. Рассмотрим функцию $ f(x)=x^2$; её график -- парабола $ y=x^2$. $ f(x)=x^4-2x^2$ $ f(x)=x^4$ $ f(x)=x^3$ $ f(x)=\sqrt[3]{x}$

Общая схема исследования функции и построения её графика

Для функции $ f(x)=(\frac{1}{x})^{\frac{1}{x}}$ считаем, что $ \mathcal{D}(f)=(0;+\infty)$, хотя правая часть имеет смысл также при всех целых отрицательных $ x$.    

Примеры исследования функций и построения графиков

Построим график функции Исследуем функцию и построим её график. $ f(x)=\dfrac{x^3}{x^2+1}$ $ f(x)=\dfrac{x^2+x}{x^2-3x+2}$

$ f(x)=(x^2-2x)e^x$

Кривизна графика функции

Найдём кривизну параболы $ y=x^2$ при произвольном значении $ x$.

 

 

Основы физики и электротехники. Лекции, курсовые, задачи, учебники