ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Σχετικά έγγραφα
= df. f (n) (x) = dn f dx n

Παράγωγος Συνάρτησης. Ορισμός Παραγώγου σε ένα σημείο. ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ σε ένα σημείο ξ είναι το όριο (αν υπάρχει!) f (ξ) = lim.

Τύπος TAYLOR. f : [a, b] R f (n 1) (x) συνεχής x [a, b] f (n) (x) x (a, b) ξ μεταξύ x και x 0. (x x 0 ) k k! f(x) = f (k) (x 0 ) + R n (x)

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 16: Ολοκλήρωση Τριγωνομετρικών Συναρτήσεων, Γενικευμένα Ολοκληρώματα Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 13: Ακτίνα Σύγκλισης, Αριθμητική Ολοκλήρωση, Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 17: Αριθμητική Ολοκλήρωση, Υπολογισμός Μήκους Καμπύλης Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 7: Σειρές Taylor, Maclaurin. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 5: Το Θεώρημα του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 2: Τριγωνομετρικές, Εκθετικές και Σύνθετες Συναρτήσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Λογισμός 4 Ενότητα 12

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 19: Υπολογισμός Εμβαδού και Όγκου Από Περιστροφή (2 ο Μέρος) Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 2: Ορισμός του ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 9: Κίνηση Σε Πολικές Συντεταγμένες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 13: Τύπος του Taylor. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Λογισμός 3. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 4 Ενότητα 10

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 6: Εφαρμογές του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Ιστορία της μετάφρασης

Ιστορία των Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 3: Το Θεώρημα του Lebesgue. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Λογισμός 3. Ενότητα 1: Τοπολογία των Ευκλείδειων χώρων. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 5:Θεώρημα ακραίων τιμών και θεώρημα ενδιάμεσων τιμών- Ομοιόμορφη συνέχεια. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΤΡΙΑΚΟΣΤΟ ΕΚΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 3. Ενότητα 4:Συνέχεια διανυσματικών συναρτήσεων-ιδιότητες της συνέχειας. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 10: Παραγώγιση Διανυσματικών Συναρτήσεων. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Ενότητα 6: Ακρότατα συναρτησιακών διανυσματικών συναρτήσεων. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Ενότητα 5: Ακρότατα συναρτησιακών μιας συνάρτησης. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 14: Τοπικά ακρότατα. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 4 Ενότητα 11

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 7: Μορφές αγοράς και συγκέντρωση των ΜΜΕ

Λογισμός 3. Ενότητα 17: Απόδειξη Θεωρήματος Αντιστροφής. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εφαρμοσμένη Βελτιστοποίηση

Λογισμός 4. Ενότητα 4: Ιδιότητες του Ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Κεφάλαιο 3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ. 3.1 Η έννοια της παραγώγου. y = f(x) f(x 0 ), = f(x 0 + x) f(x 0 )

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εφαρμοσμένη Βελτιστοποίηση

Παράκτια Τεχνικά Έργα

Ενότητα 4: Εισαγωγή στο Λογισμό Μεταβολών. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Ιστορία της μετάφρασης

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 16: Θεώρημα Αντιστροφής. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 6: Μερικές παράγωγοι. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Λογισμός 3. Ενότητα 8: Ιδιότητες της κλίσης, Κανόνας της αλυσίδας. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Θεωρία μέτρου και ολοκλήρωσης

Πρόταση. f(x) ομοιόμορφα συνεχής στο I. δ (ɛ) > 0 : x, ξ I, x ξ < δ (ɛ, ξ) f(x) f(ξ) < ɛ. ɛ > 0, δ > 0 : ΜΗ ομοιόμορφα συνεχής.

Λογισμός 4 Ενότητα 15

Λογισμός 3. Ενότητα 12:Οι κλασικοί μετασχηματισμοί και ο κανόνας της αλυσίδας. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Ιστορία των Μαθηματικών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Φ 619 Προβλήματα Βιοηθικής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Λογισμός 4. Ενότητα 9: Παραδείγματα από άλλες αλλαγές. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θέματα Αρμονικής Ανάλυσης

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Κλασική Θεωρία Ελέγχου

Διοικητική Λογιστική

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Λογισμός Ι Ενότητα 4: Παράγωγοι Κ. Δασκαλογιάννης Τμήμα Μαθηματικών Α.Π.Θ. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 1 / 68

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό,όπως εικόνες,που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 2 / 68

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο Ἁνοικτά Ακαδημαικά Μαθήματα στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση και συγχρηματοδοτείται απο την Ευρωπαική Ενωση (Ευρωπαικό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 3 / 68

Περιεχόμενα Ενότητας Παράγωγος συνάρτησης - Ιδιότητες Παραγώγων Υπερβολικές συναρτήσεις Θεώρημα εσωτερικών ακραίων σημείων Θεώρημα Darboux Θεώρημα Rolle Θεώρημα Μέσης Τιμής Γενικευμένο Θεώρημα Μέσης Τιμής Κανόνες de l Hospital Τύπος Taylor - Ανάπτυγμα Taylor Ανάπτυγμα Maclaurin - Σειρές Maclaurin Δυναμοσειρές Θεώρημα Fermat Κυρτή συνάρτηση-σημεία Καμπής (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 4 / 68

Σκοποί Ενότητας Σε αυτή την ενότητα θα μελετήσουμε τις παραγώγους των συναρτήσεων και τις ιδιότητές τους. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 5 / 68

Παράγωγος Συνάρτησης Ορισμός Παραγώγου σε ένα σημείο ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ σε ένα σημείο ξ είναι το όριο (αν υπάρχει!) Ορισμός Cauchy: f (ξ) = lim x ξ g(x, ξ), g(x, ξ) = f(x) f(ξ) x ξ ɛ > 0 δ(ɛ, ξ) > 0 x x ξ < δ f (ξ) g(x, ξ) < ɛ Ορισμός Heine: x n ξ g(x n, ξ) f (ξ) f (x) { Παράγωγος από αριστερά = = Παράγωγος από δεξιά } lim g(x, ξ) f (ξ) = f +(ξ) lim g(x, ξ) x ξ x ξ+ (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 6 / 68

ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΟΙ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΟΥ f (x) = f(x + h) f(x) f(x + x) f(x) lim = lim h 0 h x 0 x ( ) f(x) όπου f(x) = = lim = df x 0 x = f(x + x) f(x) dx df f(x n ) f(x) dx = lim n x n x f (x) = d ( ) df = d2 f dx dx dx 2, f (n) (x) = dn f dx n (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 7 / 68

Πρόταση 1 Πρόταση Αν υπάρχει το f (ξ) τότε η συνάρτηση f(x) είναι συνεχής στο ξ Απόδειξη. f(x) f(ξ) = f(x) f(ξ) lim (f(x) f(ξ)) = lim x ξ x ξ x ξ f(x) f(ξ) (x ξ) x ξ lim (x ξ) = 0 x ξ Προσοχή: Το αντίστροφο δεν ισχύει. Η συνάρτηση f(x) = x είναι συνεχής σε κάθε περιοχή γύρω από το x = 0 αλλά δεν έχει παράγωγο στο x = 0 Υπάρχουν συναρτήσεις παντού συνεχείς αλλά δεν έχουν πουθενά παράγωγο! πχ η συνάρτηση Weierstrass f(x) = n=0 cos (17 n x) 2 n (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 8 / 68

Παράδειγμα 1 Υπάρχουν συναρτήσεις παντού συνεχείς αλλά δεν έχουν πουθενά παράγωγο! πχ η συνάρτηση Weierstrass cos (17 n x) f(x) = 2 n n=0 fractal δομή της καμπύλης. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 9 / 68

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ 1 (µf) (x) = µf (x) για µ R 2 (f + g) (x) = f (x) + g (x) 3 (f ( g) ) (x) = f (x)g(x) + f(x)g (x) Leibnitz rule 4 f g (x) = f (x)g(x) f(x)g (x) g 2 (x) 5 (f g) (x) = f (g(x)) g (x) Chain rule ή d df dg f(g(x)) = dx dg dx 6 f(x) γνήσια μονότονη } συνάρτηση, f (x) 0 f(ξ) = η ξ = f 1 ( f (η) (η) = 1/f (ξ) ή df 1 (η) dη = dξ dη = 1 dη/dξ = 1 df(ξ)/dξ (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 10 / 68

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ- Αποδείξεις 1 (µf) (x) = µf (x) για µ R 2 (f + g) (x) = f (x) + g (x) 3 (f g) (x) = f (x)g(x) + f(x)g (x) Leibnitz rule Απόδ (Heine): f(x)g(x) f(xn)g(xn) g(x) g(xn) f(x) f(xn) = f(x) + g(xn) x xn x xn x xn Παίρνουμε το όριο xn x ( ) n 4 f g (x) = f (x)g(x) f(x)g (x) g 2 (x) 5 (f g) (x) = f (g(x)) g (x) Chain rule ή df dx = df dg dg dx Απόδ (Heine): f (g(x)) f (g(xn)) f (g(x)) f (g(xn)) g(x) g(xn) == = x xn g(x) g(xn) x xn f (g) f (g) g(x) g(xn) g gn x xn Παίρνουμε το όριο xn x gn g n n 6 f(x) γνήσια μονότονη } συνάρτηση, f (x) 0 f(ξ) = η ξ = f 1 ( f (η) 1) (η) = 1/f (ξ) df 1 (η) ή dη = dξ dη = 1 dη/dξ = 1 df(ξ)/dξ Απόδ (Heine): yn xn n ξ f(xn) = yn n η f 1 (yn) = xn f 1 (η) f 1 (yn) η yn Παίρνουμε το όριο xn n η = f(ξ) n ξ = f 1 (η) ξ xn = f(ξ) f(xn) = 1 f(ξ) f(xn) ξ xn n ξ yn η n (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 11 / 68

Παραγωγίσεις Παραμετρικών μορφών συναρτήσεων Μια καμπύλη περιγράφεται είναι με μια συνάρτηση y = f(x) είτε με μια παραμετρική συνάρτηση των συντεταγμένων πχ. x = X(t), y = Y (t) Θέτουμε y = f(x) και y = f(x ) dy dx = lim x x y y x x = lim t t d 2 y dx 2 y y t t x x t t = d ( ) df = dx dx = lim t t lim t t y y t t x x t t ( ) d dy/dt dt dx/dt dx dt = dy/dt dx/dt (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 12 / 68

Παράδειγμα 2 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 3 3 x t 3 t, dy dx 4 t3 2 t, 1 t 1 3 t 2 1 3 x t 3 t, d 2 y dx 2 12 t 2 2 6 t 4 t3 2 t 3 t 2 1 3 t 2 1 2 3 t 2 1 3, 1 t 1 2 2 1 1 3 2 1 1 2 3 3 2 1 1 2 3 1 1 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 13 / 68

Παράδειγμα 3 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1.0 0 1.0 1.0 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5 0 1.0 0.5 0.5 0 0.5 0.5, (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 14 / 68

Παράγωγος Εκθετικής Συνάρτησης για 0 y < x < e x n=0 x n n! (x y)e y < e x e y < (x y)e x e y < ex e y x y (e x ) = lim y x x y (e x ) + = ex d ex dx = ex < ex e x e y x y = e x (x y)e y < e x e y < (x y)e x (x y)e x < e y e x < (x y)e y (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 15 / 68

Παράγωγος Λογαριθμικής Συνάρτησης x > 0, y = ln x = exp 1 x 1:1 x = exp y = e y, y > 0 d dx (ln x) = d exp 1 x = 1 dx x d (ln x) = lim dx x x = lim y y = lim y y ln x ln x x x = y y exp y exp y = 1 exp y exp y y y = 1 1 = d dy (exp y) exp y = = 1 x (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 16 / 68

Παράδειγμα 4 x 1 y = arcsin x = sin 1 x 1:1 x = sin y, π 2 y π 2 d dx (arcsin x) = d sin 1 x 1 = dx 1 x 2 d arcsin x arcsin x (arcsin x) = lim dx x x x x = = lim y y = lim y y y y sin y sin y = 1 sin y sin y y y = 1 = d dy (sin y) = 1 cos y = 1 1 sin 2 y = 1 1 x 2 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 17 / 68

Παράδειγμα 5 x y = arctan x = tan 1 x 1:1 x = tan y, π 2 y π 2 d dx (arctan x) = d tan 1 x = 1 dx 1 + x 2 d arctan x arctan x (arctan x) = lim dx x x x x = = lim y y = lim y y = 1 1 cos 2 y y y tan y sin y = 1 tan y tan y = y y = 1 1 + tan 2 y = 1 1 + x 2 1 = d dy (tan y) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 18 / 68

ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ (1/2) cosh x ex + e x 2 = x 2n sinh x ex e x n=0 (2n)! 2 cosh 2 x sinh 2 x = 1 = n=0 x 2n+1 (2n + 1)! 15 4 10 5 2 4 2 2 4 5 10 15 10 5 5 10 15 2 15 4 10 5 2 4 2 2 4 5 10 15 10 5 5 10 15 2 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 19 / 68

ΥΠΕΡΒΟΛΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ (2/2) tanh x sinh x cosh x 1.5 4 1.0 0.5 2 4 2 2 4 0.5 1.0 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 2 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 20 / 68

Παράγωγοι Υπερβολικών Συναρτήσεων d cosh x dx d cosh 1 x dx d sinh 1 x dx dtanh 1 x dx dcoth 1 x dx = sinh x, d sinh x dx = d arccosh x dx = d arcsinh x dx d tanh x dx = = d arctanh x dx d coth x dx = d arccoth x dx = = 1 cosh 2 x = cosh x 1 x 2 1 1 x 2 + 1 = 1 1 x 2, x < 1 = 1 sinh 2 x = 1 1 x 2, x > 1 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 21 / 68

ΤΥΠΟΣ LEIBNITZ ΤΥΠΟΣ NEWTON (x + y) n = n k=0 ( ) n x k y n k k ΤΥΠΟΣ LEIBNITZ (f g) (n) = n k=0 ( ) n f (k) g (n k) k (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 22 / 68

Θεώρημα εσωτερικών ακραίων τιμών/interior Extremum Theorem Πρόταση f : [a, b] R και c (a, b) f (c) αν f (c) > 0 δ > 0 : c < x < c + δ f(c) < f(x) και c δ < x < c f(x ) < f(c) f (c) > 0 η f(x) είναι τοπικά αύξουσα f (c) < 0 η f(x) είναι τοπικά φθίνουσα Θεώρημα εσωτερικών ακραίων τιμών/interior Extremum Theorem f(x) παραγωγίσιμη στο [a, b] f(x) συνεχής στο [a, b] x m [a, b] : f(x m ) = min f(x) Αν x m (a, b) f (x m ) = 0 x [a, b] και x M [a, b] : f(x M ) = max f(x) Αν x M (a, b) f (x M ) = 0 x [a, b] (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 23 / 68

Απόδειξη Πρόταση Θεώρημα εσωτερικών ακραίων τιμών/interior Extremum Theorem- Αποδείξεις Απόδειξη. f : [a, b] R και c (a, b) f (c) αν f (c) > 0 δ > 0 : c < x < c + δ f(c) < f(x) και c δ < x < c f(x ) < f(c) f(c) f(x) g(x, c) = c x f (c) > 0 lim g(x, c) = f (c) x c ɛ > 0 δ > 0 : c δ < x < c + δ f (c) ɛ < g(x, c) < f (c) + ɛ Αν ɛ < f (c) ( πχ ɛ = f (c)) 0 < g(x, c) 10 Αν c < x < c + δ 0 < Αν c δ < x < c 0 < f(c) f(x) c x f(c) f(x) c x f(c) f(x) < 0 f(c) f(x) > 0 f (c) > 0 η f(x) είναι τοπικά αύξουσα f (c) < 0 η f(x) είναι τοπικά φθίνουσα Θεώρημα εσωτερικών ακραίων τιμών/interior Extremum Theorem f(x) παραγωγίσιμη στο [a, b] f(x) συνεχής στο [a, b] xm [a, b] : f(xm) = min f(x) x [a, b] Αν xm (a, b) f (xm) = 0 και xm [a, b] : f(xm) = max f(x) x [a, b] Αν xm (a, b) f (xm) = 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 24 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ DARBOUX ΘΕΩΡΗΜΑ DARBOUX ή Θεώρημα ενδιαμέσων τιμών για παραγώγους αν f : [a, b] R και x [a, b] f (x) και f (a) < f (b) (ή f (a) > f (b)) f (a) < k < f (b) ( ή f (a) > k > f (b) ) ξ (a, b) : f (ξ) = k (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 25 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ DARBOUX-Απόδειξη ΘΕΩΡΗΜΑ DARBOUX ή Θεώρημα ενδιαμέσων τιμών για παραγώγους Απόδειξη. f : [a, b] R και x (a, b) f (x) και f (a) < f (b) (ή f (a) > f (b)) αν f (a) < k < f (b) ( ή f (a) > k > f (b) ) ξ (a, b) : f (ξ) = k f (a) < k < f (b), g(x) = f(x) kx g (a) = f (a) k < 0 δ 1 > 0 : a < x < a + δ 1 g(x) < g(a) g (b) = f (b) k > 0 δ 2 > 0 : b δ 2 < x < b g(x) < g(b) f(x) συνεχής ξ (a, b) : { } g(ξ) = min g(x), x [a, b] f (ξ) = k Σημ. Το ξ δεν μπορεί να είναι το a είτε το b. g (ξ) = 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 26 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE (1/2) ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE f : [a, b] R συνεχής και x (a, b) f (x) και f(a) = f(b) { } ξ (a, b) : f (ξ) = 0 f(ξ) f(a)=f(b) a ξ b Μεταξύ δύο (διαδοχικών) ριζών μιας παραγωγίσιμης συνάρτησης υπάρχει μια ρίζα της παραγώγου (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 27 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE (2/2) Από τις υποθέσεις του θεωρήματος Rolle καμμιά δεν μπορεί να παραληφθεί f(x) συνεχής, f(0) = f(1) αλλά μη παραγωγίσιμη σε κάποιο σημείο π.χ x, αν 0 x < 1 2 f(x) = ΟΧΙ f (ξ) = 0 1 1 x αν 2 x 1 f(x) μη συνεχής σε κάποιο σημείο, f(0) = f(1), παραγωγίσιμη στο (0, 1) π.χ x, αν 0 x < 1 f(x) = x [x] f(x) = 0 αν x = 1 f (x) = 1 για x (0, 1) f(x) συνεχής και παραγωγίσιμη αλλά f(1) f(2) πχ f(x) = x 2, x [1, 2] ΟΧΙ f (ξ) = 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 28 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE-Απόδειξη ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE f : [a, b] R συνεχής και x (a, b) f (x) και f(a) = f(b) { } ξ (a, b) : f (ξ) = 0 f(ξ) f(a)=f(b) a ξ b Απόδειξη. Απόδ: f(x) συνεχής { } x m [a, b] m = f(x m) = min f(x), x [a, b] { } x M [a, b] M = f(x M) = max f(x), x [a, b] Περίπτωση 1: m = M f(x) =σταθερά f (x) = 0 Περίπτωση 2α: m < M Αν x M a και x M b τότε ξ = x M (a, b) f (ξ) = 0 Περίπτωση 2β: m < M Αν x M = a ( ή x M = b) τότε f(a) = f(b) = M ξ = x m (a, b) f (ξ) = 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 29 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ- ΓΕΝΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ f : [a, b] R συνεχής και x (a, b) f (x) } { ξ (a, b) : f f(b) f(a) (ξ) = b a f(ξ) f(a) a ξ b ΓΕΝΙΚΕΥΜΕΝΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ f : [a, b] R συνεχής και x (a, b) f (x) g : [a, b] R συνεχής ξ (a, b) : και x (a, b) g (x) και g(a) g(b) f (ξ) f(b) f(a) g = (ξ) g(b) g(a) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 30 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ- Απόδειξη ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ { f : [a, b] R } συνεχής και x (a, b) f (x) ξ (a, b) : f f(b) f(a) (ξ) = b a f(ξ) f(a) a ξ b Απόδειξη. h(x) = x (f(b) f(a)) f(x) (b a) h(a) = a (f(b) f(a)) f(a) (b a) = af(b) bf(a) h(b) = b (f(b) f(a)) f(b) (b a) = af(b) bf(a) h(a) = h(b) h (x) = (f(b) f(a)) f (x) (b a) Η συνάρτηση h(x) είναι συνεχής για x [a, b] και f (x) για x (a, b) Rolle = ξ (a, b) τέτοιο ώστε h (ξ) = 0 f f(b) f(a) (ξ) = b a (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 31 / 68

ΓΕΝΙΚΕΥΜΕΝΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ-Απόδειξη ΓΕΝΙΚΕΥΜΕΝΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ-Απόδειξη f : [a, b] R συνεχής και x (a, b) f (x) g : [a, b] R συνεχής και x (a, b) g (x) και g(a) g(b) f (ξ) f(b) f(a) ξ (a, b) : g = (ξ) g(b) g(a) Απόδειξη. h(x) = g(x) (f(b) f(a)) f(x) (g(b) g(a)) h(a) = g(a) (f(b) f(a)) f(a) (g(b) g(a)) = = g(a)f(b) g(b)f(a) h(b) = g(b) (f(b) f(a)) f(b) (g(b) g(a)) = = g(a)f(b) g(b)f(a) h(a) = h(b) h (x) = g (x) (f(b) f(a)) f (x) (g(b) g(a)) Η συνάρτηση h(x) είναι συνεχής για x [a, b] και f (x) για x (a, b) Rolle = ξ (a, b) τέτοιο ώστε h (ξ) = 0 f f(b) f(a) (ξ) = g(b) g(a) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 32 / 68

Εφαρμογές Θεωρήματος Μέσης Τιμής f(x) είναι συνεχής στο [a, b] και f (x) = 0 για x (a, b). Τότε η συνάρτηση είναι σταθερά στο [a, b]. f(x) είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο x (a, b). Αν η f (x) δεν αλλάζει πρόσιμο τότε είναι μονότονη. Αν f (x) < M τότε f(x) f(y) < M x y (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 33 / 68

ΚΑΝΟΝΕΣ de l HOSPITAL σε ένα σημείο, για συναρτήσεις που μηδενίζονται f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (ξ, a) lim f(x) = 0 και lim g(x) = 0 x ξ + x ξ + lim x ξ + f (x) g (x) lim x ξ + f(x) g(x) = lim x ξ + f (x) g (x) f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (a, ξ) lim f(x) = 0 και lim g(x) = 0 x ξ x ξ lim x ξ f (x) g (x) lim x ξ + f(x) g(x) = lim x ξ f (x) g (x) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 34 / 68

ΚΑΝΟΝΕΣ de l HOSPITAL σε ένα σημείο, για συναρτήσεις που απειριζονται f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (ξ, b) lim g(x) = ± x ξ + f (x) lim x ξ + g (x) f(x) ΚΑΙ lim x ξ + g(x) lim f(x) x ξ + g(x) = lim f (x) x ξ + g (x) f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (a, ξ) lim g(x) = ± x ξ f (x) lim x ξ g (x) f(x) ΚΑΙ lim x ξ g(x) lim f(x) x ξ g(x) = lim f (x) x ξ g (x) Παράδειγμα που ΔΕΝ ισχύει ο κανόνας lim x 2x + cos x 2x cos x (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 35 / 68

ΚΑΝΟΝΕΣ de l HOSPITAL ΚΑΝΟΝΕΣ de l HOSPITAL σε ένα σημείο για συναρτήσεις που μηδενίζονται f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (a, ξ) lim f(x) = 0 και lim g(x) = 0 x ξ + x ξ + lim x ξ + f (x) g (x) lim x ξ + f(x) g(x) = lim x ξ + f (x) g (x) Απόδειξη. Περίπτωση ξ < { lim x ξ + f (x) g (x) = l }, ɛ > 0, δ > 0 : ξ < s < ξ + δ ɛ < f (s) g (s) l < ɛ Γενικευμένο Θεωρ. Μ.Τ. Αν ξ < y < x < ξ + δ s : ξ < y < s < x < ξ + δ f (s) f(x) f(y) g = (s) g(x) g(y) επομένως ɛ lim y ξ + f(x) f(y) ɛ < g(x) g(y) l < ɛ ( ) f(x) f(y) g(x) g(y) l = f(x) g(x) l ɛ Δηλαδή αποδείξαμε ότι:, ɛ > 0, δ > 0 : ξ < x < ξ + δ ɛ f(x) g(x) l ɛ lim x ξ + f(x) g(x) = l Περίπτωση ξ = Ιδια απόδειξη, θέτουμε ξ και ξ + δ R ΚΑΝΟΝΕΣ de l HOSPITAL σε ένα σημείο για συναρτήσεις που μηδενίζονται f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (a, ξ) lim f(x) = 0 και lim g(x) = 0 x ξ x ξ lim x ξ f (x) g (x) lim x ξ + f(x) g(x) = lim x ξ f (x) g (x) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 36 / 68

Κανόνες de l Hospital για απειρήσημες συναρτήσεις Κανόνες de l Hospital για απειρήσημες συναρτήσεις f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (ξ, b) lim x ξ + lim g(x) = ± x ξ + f (x) g (x) lim x ξ + f(x) g(x) = lim x ξ + f (x) g (x) Απόδειξη. Περίπτωση ξ < { f (x) } lim x ξ + g (x) = l, ɛ > 0, δ > 0 : ξ < s < ξ + δ ɛ < f (s) g (s) l < ɛ Γενικευμένο Θεωρ. Μ.Τ. Αν ξ < y < x < ξ + δ s : ξ < y < s < x < ξ + δ επομένως f (s) g (s) = f(y) f(x) g(y) g(x) = δ1 : ξ < y < ξ + δ1 g(x) g(y) f(y) g(y) f(x) g(y) 1 g(x) g(y) { } lim g(x) = ± x ξ + g(x) < 1 0 < 1 g(y) f(y) g(y) l ɛ < f(x) g(y) 1 g(x) < l + ɛ g(y) ( (l ɛ) 1 g(x) ) < f(y) g(y) g(y) f(x) ( < (l + ɛ) 1 g(x) ) g(y) g(y) (l ɛ) + f(x) g(x) (l ɛ) < f(y) g(y) g(y) g(y) < }{{} { g(x) lim y ξ + g(y) KL (l + ɛ) + f(x) g(x) (l + ɛ) g(y) g(y) }{{} KR { } lim g(y) = ± y ξ + f(x) } = 0, και lim y ξ + g(y) = 0 lim KR = 0 και lim y ξ + y ξ KL + = 0 δ2 : ξ < y < ξ + δ2 KR < ɛ 2 και ɛ 2 < KL Δηλαδή αποδείξαμε ότι:, ɛ > 0, δ = min{δ, δ1, δ2} > 0 : ξ < y < ξ + δ 3ɛ 2 f(y) g(y) l 3ɛ 2 lim y ξ + Περίπτωση ξ = Ιδια απόδειξη, θέτουμε ξ και ξ + δ R f(y) g(y) = l f(x) και g(x) συνεχείς συναρτήσεις και παραγωγίσιμες γιά x (a, ξ) lim x ξ lim g(x) = ± x ξ f (x) g (x) lim x ξ f(x) g(x) = lim x ξ f (x) g (x) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 37 / 68

Παραδείγματα 0 0 : a x b x lim x 0 x lim x 0 = ln a b 1 cos x (3 x 2 x ) 2 = 1 ( 3 2 ln 2 2 x 1/2 a 1/2 + (x a) 1/2 lim = 1 x a + (x 2 a 2 ) 1/2 2a e x + e x 2 lim = 2 x 0 1 cos x 0 0 lim x ) ( n xn + a 1 x n 1 + a 2 x n 2 + + a n x ) = a 1 n lim x ( b 1/x 1 ) = ln b x lim (1 + x x)1/x = 1 (1+x) lim 1/x e x 0 x = e 2 ( 1 x cot x) = 0 lim x 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 38 / 68

Τύπος TAYLOR Τύπος TAYLOR f : [a, b] R f (n 1) (x) συνεχής x [a, b] f (n) (x) x (a, b) ξ μεταξύ x και x 0 n 1 (x x 0 ) k f(x) = f (k) (x 0 ) + R n (x) k! k=0 R n (x) = (x ξ)n p (x x 0 ) p f (n) (ξ) p(n 1)! υπόλοιπο Sclömlich-Roche p = 1 υπόλοιπο Cauchy R n (x) = (x ξ)n 1 (x x 0 ) f (n) (ξ) (n 1)! p = n υπόλοιπο Lagrange R n (x) = (x x0)n n! f (n) (ξ) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 39 / 68

Απόδειξη του Τύπου TAYLOR Απόδειξη. Θεωρούμε ότι x < x0 (αν x > x0 η απόδειξη είναι η ίδια) x t x0 φ(t) ορ. f(t) + x t f (t)+ 1! (x t)2 + f (x t)3 (t) + f (3) (t)+ 2! 3! (x t)n 1 + + f (n 1) (t) + A (x t) p = (n 1)! = n 1 k=0 (x t) k k! f (k) (t) + A (x t) p Το A είναι διαλεγμένο έτσι ώστε φ(x) = φ(x0). Εχουμε: φ(x0) =f(x0) + x x0 f (x0)+ 1! (x x0)2 + f (x t)3 (x0) + f (3) (x0)+ 2! 3! (x t)n 1 + + f (n 1) (x0) + A (x x0) p = (n 1)! = n 1 k=0 φ(x) =f(x) (x x0) k k! f (k) (x0) + A (x x0) p Η συνάρτηση φ(t) είναι συνεχής για t [x, x0] και υπάρχει φ (t) για t (x, x0) και φ(x) = φ(x0) άρα από θεώρημα Rolle υπάρχει ξ (x, x0) τέτοιο ώστε φ (ξ) = 0. φ (t) = n 1 k=0 ( (x t) k k! ) f (k+1) (x t)k 1 (t) k f (k) (t) k! pa (x t) p 1 = ( ) (x t) =f (t) + f (2) (t) f (t) + 1! ( ) (x t) 2 + f (3) (x t) (t) f (2) (t) + 2! 1! ( ) (x t) 3 + f (4) (x t)2 (t) f (3) (t) + 3! 2! + + ( (x t) n 1 + f (n) (t) (n 1)! pa (x t) p 1 = ) (x t)n 2 f (n 1) (t) (n 2)! (x t)n 1 = f (n) (t) pa (x t) p 1 (n 1)! φ (ξ) = 0 A = (x ξ)n p p(n 1)! f (n) (ξ) Το υπόλοιπο Sclömlich-Roche δίνεται από τον τύπο Rn(x) = A (x x0) p + (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 40 / 68

Ανάπτυγμα Taylor Ανάπτυγμα Taylor Αν η συνάρτηση f(x) έχει φραγμένη παράγωγο κάθε τάξης, n N f (n) (x) για x (a, b) και f (n) (x) < M x, x 0 (a, b) f(x) = k=0 (x x 0 ) k f (k) (x 0 ) k! Ανάπτυγμα Maclaurin Ανάπτυγμα Maclaurin Ανάπτυγμα Taylor για x 0 = 0 f(x) = k=0 x k k! f (k) (0) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 41 / 68

Παράδειγμα 6 exp x = e x = n=0 x n n! x < (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 42 / 68

Παράδειγμα 7 1.5 1 0.5 0.5 Π 2 Π 3 Π 2 1 1.5 sin x = n=0 ( 1) n x 2n+1 (2n + 1)! = eix e ix 2i 1.5 1 0.5 0.5 Π 2 Π 3 Π 2 1 1.5 cos x = ( 1) n x 2n (2n)! = eix + e ix 2 n=0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 43 / 68

ΣΕΙΡΕΣ MACLAURIN (1/2) 1 1 x = n=0 ln (1 x) = exp x = e x = x n x < 1 n=1 n=0 cosh x ex + e x sinh x ex e x = 2 cos x = sin x = n=0 2 x n n x n n! = n=0 x < 1 x < n=0 x 2n (2n)! x 2n+1 (2n + 1)! ( 1) n x 2n (2n)! = eix + e ix 2 n=0 ( 1) n x 2n+1 (2n + 1)! = eix e ix 2i (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 44 / 68

ΣΕΙΡΕΣ MACLAURIN (2/2) exp (x) = e x = n=0 x n n! cosh x ex + e x exp (x + y) = (exp x) (exp y) 2 sinh x ex e x 2 = = n=0 n=0 x 2n (2n)! x 2n+1 (2n + 1)! exp (i x) = e i x = n=0 i n xn n! exp i (x + y) = (exp i x) (exp i y) cos x = sin x = ( 1) n x 2n (2n)! = eix + e ix 2 n=0 n=0 ( 1) n x 2n+1 (2n + 1)! = eix e ix 2i (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 45 / 68

Ιδιότητες τριγωνομετρικών- υπερβολικών συναρτήσεων cosh x ex + e x 2 cos x = eix + e ix 2 sinh x ex e x 2 sin x = eix e ix 2i cos 3 x = = ( e ix + e ix ) 3 = e3ix + e 3ix + 3 ( e ix + e ix) = 2 8 8 cos 3x + 3 cos x 4 4 sinh 5x sinh x = (ex ) 5 (e x ) 5 e x e x = = (e x ) 4 + (e x ) 3 (e x ) + (e x ) 2 (e x ) 2 + (e x ) (e x ) 3 + (e x ) 4 = = 2 cosh 4x + 2 cosh 2x + 1 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 46 / 68

Ανάπτυγμα Taylor (Απόδειξη) Ανάπτυγμα Taylor Αν η συνάρτηση f(x) έχει φραγμένη παράγωγο κάθε τάξης, n N f (n) (x) για x (a, b) και f (n) (x) < M x, x 0 (a, b) f(x) = (x x 0 ) k f (k) (x 0 ) k=0 k! Απόδ: Χρησιμοποιούμε το υπόλοιπο Lagrange, οπότε έχουμε: Επομένως a n (x ξ)n R n (x) = f (n) (ξ) = n! n 1 (x x 0 ) k =f(x) f (k) (x 0 ) k! k=0 a n = x ξ n n! x ξ n R n (x) M n! 0 R n (x) 0 n n a n+1 x ξ = a n n + 1 0 n (x x 0 ) k f(x) = k! k=0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 47 / 68

ΔΥΝΑΜΟΣΕΙΡΕΣ Ορισμός Δυναμοσειράσ-Ακτίνα σύγκλισης Ορισμός Δυναμοσειράς: a n (x x 0 ) n n=1 Ακτίνα σύγκλισης R = sup{ x x 0 : a n (x x 0 ) n συγκλίνει} n=1 x : x x 0 < R a n (x x 0 ) n συγκλίνει Σημείωση Συνήθως (ΟΧΙ ΠΑΝΤΑ!!!) η ακτίνα σύγκλισης R βρίσκεται εφαρμόζοντας είτε το κριτήριο του λόγου lim a n+1 n a n x x 0 < 1 x x 0 < R = lim a n n a n+1 είτε το κριτήριο της ρίζας lim n n=1 n an x x 0 < 1 x x 0 < R = lim n 1 n an x n = 1 n=0 1 x, R = 1 και x n n=0 n! = ex, R = (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 48 / 68

Πρόταση 2 Αν η συνάρτηση f(x) έχει φραγμένη παράγωγο κάθε τάξης f (n) (x) για x (a, b) και f (n) (x) < M (x x 0 ) k x, x 0 (a, b) f(x) = f (k) (x 0 ) k! k=0 Απόδ: Χρησιμοποιούμε το υπόλοιπο Lagrange, οπότε έχουμε: Επομένως a n (x ξ)n R n (x) = f (n) (ξ) = n! n 1 (x x 0 ) k =f(x) f (k) (x 0 ) k! k=0 a n = x ξ n n! x ξ n R n (x) M n! 0 R n (x) 0 n n a n+1 x ξ = a n n + 1 0 n (x x 0 ) k f(x) = k! k=0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 49 / 68

Θεώρημα FERMAT x 0 Τοπικό Ακρότατο (Local Extremum) δ : x x 0 < δ f(x) f(x 0 ) έχει σταθερό πρόσημο Τοπικό Μέγιστο (Local Maximum) Τοπικό Ελάχιστο (Local Minimum) δ : x x 0 < δ f(x) f(x 0 ) δ : x x 0 < δ f(x) f(x 0 ) ΘΕΩΡΗΜΑ FERMAT f(x) συνεχής γύρω από το x 0 Υπάρχει το f (x 0 ) Το x 0 είναι τοπικό ακρότατο } f (x 0 ) = 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 50 / 68

ΘΕΩΡΗΜΑ FERMAT (Απόδειξη) ΘΕΩΡΗΜΑ FERMAT f(x) συνεχής γύρω από το x 0 Υπάρχει το f (x 0 ) Το x 0 είναι τοπικό ακρότατο f (x 0 ) = 0 Απόδειξη. f (x 0 ) g(x, x 0 ) = f(x) f(x 0) f (x 0 ) x x 0 x x0 { } Αν f (x 0 ) > 0 ɛ = f (x 0 ) δ : 2 x 0 δ < x < x 0 + δ 0 < f (x 0 ) < g(x, x 0 ) 0 < g(x, x 0 ) = f(x) f(x 0) x x 0 x < x 0 0 < g(x, x 0 ) = f(x) f(x 0) x x 0 x > x 0 2 f(x) f(x 0) < 0 f(x) f(x 0) > 0 Το f(x 0 ) δεν είναι ακρότατο. Το ίδιο συμβαίνει αν f (x 0 ) <). Αρα f (x 0 ) = 0. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 51 / 68

Παράδειγμα 8 f (0) = 0 αλλά το x 0 = 0 δεν είναι extremum 15 10 5 4 2 2 4 5 10 f (x 0 ) δεν ορίζεται, όχι extremum 1.5 1 1.0 0.5 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 5 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 5 0.5 1.0 1 2 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 52 / 68

Παράδειγμα 9 f (x 0 ) δεν ορίζεται, υπάρχει extremum 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1.5 5 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 53 / 68

Κρίσιμα σημεία x 0 κρίσιμο σημείο (critical point) f (x 0 ) = 0 ή f (x 0 ) δεν υπάρχει x 0 τοπικό μέγιστο x 0 κρίσιμο σημείο SOS Τα κρίσιμα σημεία δεν ειναι πάντα τοπικά ακρότατα 1.5 1 1.0 0.5 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 5 1.5 1.0 0.5 0.5 1.0 0.5 1.0 1 2 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 54 / 68

ΠΡΟΤΑΣΗ νιοστής παραγώγου ΠΡΟΤΑΣΗ f(x) συνεχής στο [a, b] x (a, x 0 ) (x 0, b) f (x) τότε το x 0 είναι τοπικό μέγιστο δ > 0 : x (x 0 δ, x 0 ) f (x) > 0 x (x 0, x 0 + δ) f (x) < 0 ΠΡΟΤΑΣΗ νιοστής παραγώγου f(x) συνεχής συνάρτηση ορισμένη στο [a, b] x [a, b] f (n 1) (x) και είναι συνεχής x (a, b) f (n) (x) f (x 0 ) = f (x 0 ) = = f (n 1) (x 0 ) = 0 και f (n) (x 0 ) 0 και f (n) (x) συνεχής γύρω από το x 0, τότε αν n άρτιος το x 0 είναι τοπικό μέγιστο Αν f (n) (x 0 ) > 0 τοπικό ελάχιστο Αν f (n) (x 0 ) < 0 τοπικό μέγιστο (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 55 / 68

ΠΡΟΤΑΣΗ νιοστής παραγώγου (Απόδειξη) ΠΡΟΤΑΣΗ νιοστής παραγώγου f(x) συνεχής συνάρτηση ορισμένη στο [a, b] x [a, b] f (n 1) (x) και είναι συνεχής x (a, b) f (n) (x) f (x 0 ) = f (x 0 ) = = f (n 1) (x 0 ) = 0 και f (n) (x 0 ) 0 και f (n) (x) συνεχής γύρω από το x 0, τότε αν n άρτιος το x 0 είναι τοπικό μέγιστο Αν f (n) (x 0 ) > 0 τοπικό ελάχιστο Αν f (n) (x 0 ) < 0 τοπικό μέγιστο Απόδειξη. Με τις προϋποθέσεις ισχύει το ανάπτυγμα Taylor με υπόλοιπο Lagrange f(x) = n 1 (x x 0 ) k f (k) (x 0 ) + R n (x) = k=0 k! = f(x 0 ) + (x x 0) n f (n) (ξ), ξ (a, b) n! n = 2k. Αν f (n) (ξ) > 0 τότε f(x) f(x 0 ) 0 άρα το x 0 τοπικό minimum. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 56 / 68

Κυρτή συνάρτηση Ορισμός κυρτής συνάρτησης f(x) κυρτή (convex) a x < x b 0 λ 1 f ( λx + (1 λ)x ) λf(x) + (1 λ)f(x ) λf(x)+(1-λ) f(x') f(x') f(x) f(λ x+(1-λ) x') x λ x+(1-λ) x' x' (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 57 / 68

Προτάσεις (Κυρτή Συνάρτηση) 1 f(x) κυρτή x 1 <x 2 < x 3 f(x 2 ) f(x 1 ) f(x 3) f(x 1 ) x 2 x 1 x 3 x 1 f(x 3) f(x 2 ) x 3 x 2 f(x 2)< λf(x 1)+(1-λ) f(x 3) f(x 3 ) f(x 1 ) f(x 2 ) x 1 x = λ x +(1-λ) x x 3 2 1 3 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 58 / 68

Προτάσεις (Κυρτή Συνάρτηση) 2 f(x) κυρτή g(x) = f(x) f(x 0) x x 0 είναι αύξουσα συνάρτηση. f(x)<λf(x 0)+(1-λ) f(x') f(x') f(x 0 ) f(x) x 0 x=λ x 0+(1-λ) x' x' Πρ: f(x) κυρτή f (x) f +(x) Πρ: f(x) κυρτή f (x) αύξουσα f (x) 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 59 / 68

Προτάσεις (Κυρτή Συνάρτηση) 3 Πρ: f(x) κυρτή x 1 <x 2 < x 3 f(x 2) f(x 1) x 2 x 1 f(x3) f(x2) x 3 x 2 f(x3) f(x1) x 3 x 1 f(x 2)< λf(x 1)+(1-λ) f(x 3) f(x ) 3 f(x ) 1 f(x ) 2 x 1 x 3 x = λ x +(1-λ) x 2 1 3 f(x) κυρτή f (x) αύξουσα f (x) 0 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 60 / 68

Προτάσεις (Κυρτή Συνάρτηση) 4 f(x) κυρτή ( ) x1 + x 2 + + x n f n f(x 1) + f(x 2 ) + + f(x n ) n f(x) κυρτή a k > 0 ( ) a1 x 1 + a 2 x 2 + + a n x n f a 1 + a 2 + + a n a 1f(x 1 ) + a 2 f(x 2 ) + + a n f(x n ) a 1 + a 2 + + a n f(x) = e x f (x) > 0 f(x) κυρτή a k > 0 n n 1 k=1 a k n n a k k=1 n a k k=1 n (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 61 / 68

Σημείο Καμπής (1/2) Σημείο καμπής (turning point) f (x 0 h) f (x 0 + h) < 0 f''(x) > 0 κυρτή f''(x) < 0 κοίλη x 0 x 0 σημείο καμπής f (x 0 ) f (x 0 ) = 0 (Σημ. το αντίστροφο δεν ισχύει) (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 62 / 68

Σημείο Καμπής (2/2) Σημείο καμπής f (n) (x) συνεχής στο (a, b) f (x 0 ) = f (3) (x 0 ) = = = f (n 1) (x 0 ) = 0 f (n) (x 0 ) 0 n περιττός x 0 σημείο καμπής (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 63 / 68

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Απειροστικός Λογισμός-Τόμος Α Σ.Κ. Ντούγιας, LEADER BOOKS, 2003 Διαφορικός Ολοκληρωτικός Λογισμός, M. Spivak, Παν. Εκδ. Κρήτης, Απειροστικός Λογισμός, THOMAS-FINLEY, Παν. Εκδ. Κρήτης Μαθήματα στο δίκτυο: Μαθήματα Μ. Παπαδημητράκη (Παν. Κρήτης) http://www.math.uoc.gr/ papadim/apeirostikos1.pdf Μαθήματα στο δίκτυο: Μαθήματα Α. Γιαννόπολου (Παν. Αθηνών) http://users.uoa.gr/ apgiannop Διαφάνειες: http://users.auth.gr/ daskalo

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Δασκαλογιάννης Κωνσταντίνος. Λογισμός Ι. Ενότητα 4: Παράγωγοι. Εκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.auth.gr/courses/ocrs434/ (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 65 / 68

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Παρόμοια Διανομή 4.0[1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Εκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο Σημείωμα Χρήσης Εργων Τρίτων. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1]http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 66 / 68

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Εργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 67 / 68

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Αναστασία Γ. Γρηγοριάδου Θεσσαλονίκη, Χειμερινό Εξάμηνο 2014-2015 (Α.Π.Θ.) Λογισμός Ι 68 / 68