Перейти к содержимому
Topos Uranos

Краткое содержание

Этот урок открывает последний раздел курса, который переходит от того, что производная говорит в точке, к тому, что она говорит на промежутке. Он представляет путь раздела: теорема Вейерштрасса гарантирует, что функция, непрерывная на отрезке, достигает на нём наибольшего и наименьшего значений; теорема Ферма указывает их там, где производная обращается в нуль; теоремы Ролля, Лагранжа и Коши превращают знак производной в сведения о целом промежутке, и из них следуют правило Лопиталя, монотонность, признаки экстремума, направление выпуклости, кривизна, оптимизация и метод Ньютона-Рафсона. Урок восстанавливает историю этих результатов, от метода Ферма нахождения максимумов до теоремы Дарбу, в порядке, почти обратном порядку раздела; формулирует задачу, которая проходит через весь раздел, переход от локального к глобальному, и показывает на примере в рациональных числах, что этот переход зависит от полноты действительных чисел. В конце он указывает, где эти приложения используются в других курсах сайта, в науке и технике.

Цели обучения

  1. Описывать путь раздела и объяснять, что доказывает каждый урок и какими прежними результатами он пользуется.
  2. Объяснять, почему глобальные заключения о функции, такие как существование наибольшего значения, монотонность или сходимость метода, требуют, помимо производной, полноты действительных чисел.
  3. Помещать в исторический контекст результаты раздела, от метода Ферма нахождения максимумов до теоремы Дарбу, и отличать порядок, в котором они были открыты, от порядка, в котором они доказываются.
  4. Указывать, где приложения производной используются в других курсах и в научных и технических приложениях.

Входная проверка

Прежде чем проходить раздел, полезно измерить исходную точку. Эта самопроверка не оценивается: она нужна, чтобы понять, где стоит задержаться. Первые девять вопросов касаются, по порядку, девяти уроков раздела с основным содержанием, по одному на каждый, и измеряют понимание их центрального результата (что он гарантирует, при каких условиях, чего не гарантирует), а не формулировку, которую нужно помнить; те же навыки снова измеряются в конце, в итоговом уроке, на других данных. Пять последних касаются того, что этот раздел считает известным из двух предыдущих: теоремы Больцано, знака производной в точке, второй производной, дифференцирования неявной функции и эквивалентных бесконечно малых.

Входная проверка

Перед началом раздела оцени свою отправную точку. Это короткая самопроверка: она не оценивается, а результат хранится только в твоём браузере.

  1. Вопрос 1В каком из этих случаев теорема Вейерштрасса гарантирует, что функция достигает наибольшего значения на указанном множестве?

  2. Вопрос 2Функция ff дифференцируема на R\mathbb{R}, причём f(0)=1f(0) = 1 и ∣f′(x)∣≤2\abs{f'(x)} \leq 2 при всех xx. Что можно гарантировать относительно f(3)f(3)?

  3. Вопрос 3Вычислить lim⁡x→0x2sin⁡1xsin⁡x\lim_{x \to 0} \frac{x^2 \sin\frac{1}{x}}{\sin x}.

  4. Вопрос 4Является ли строго возрастающей на R\mathbb{R} функция f(x)=x+cos⁡xf(x) = x + \cos x?

  5. Вопрос 5Функция ff непрерывна на [0,4]\icc{0}{4} и дифференцируема в каждой точке (0,4)\ioo{0}{4}, кроме 11, а её производная обращается в нуль только в точке 33. Если f(0)=2f(0) = 2, f(1)=−1f(1) = -1, f(2)=3f(2) = 3, f(3)=5f(3) = 5 и f(4)=4f(4) = 4, то каковы её абсолютный максимум и абсолютный минимум на [0,4]\icc{0}{4}?

  6. Вопрос 6Каковы точки перегиба функции f(x)=x5−5x4f(x) = x^5 - 5x^4?

  7. Вопрос 7Какова соприкасающаяся окружность графика функции f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x} в точке (1,1)(1, 1)?

  8. Вопрос 8Какие точки параболы y=x2y = x^2 ближе всего к точке (0,2)(0, 2)?

  9. Вопрос 9Функция f(x)=ex−3f(x) = e^x - 3 возрастает и выпукла вниз на R\mathbb{R}, а её корень равен ln⁡3\ln 3, что близко к 1,09861{,}0986. Как ведут себя итерации Ньютона-Рафсона с начальным приближением x0=0x_0 = 0?

  10. Вопрос 10Из предыдущих разделовФункция ff непрерывна на [0,1]\icc{0}{1}, причём f(0)=1f(0) = 1 и f(1)=−1f(1) = -1. Что можно гарантировать?

  11. Вопрос 11Из предыдущих разделовФункция ff определена на интервале, содержащем aa, и f′(a)>0f'(a) > 0. Что можно гарантировать?

  12. Вопрос 12Из предыдущих разделовВычислить f′′(1)f''(1) для f(x)=x2ln⁡xf(x) = x^2 \ln x.

  13. Вопрос 13Из предыдущих разделовУравнение x2+xy+y2=3x^2 + xy + y^2 = 3 задаёт вблизи точки (1,1)(1, 1) дифференцируемую функцию y(x)y(x), причём y(1)=1y(1) = 1. Чему равно y′(1)y'(1)?

  14. Вопрос 14Из предыдущих разделовВычислить lim⁡x→0ln⁡(1+x2)1−cos⁡x\lim_{x \to 0} \frac{\ln\left(1 + x^2\right)}{1 - \cos x}.