f(x) f(c) x 1 c x 2 c

Σχετικά έγγραφα
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.

ΣΥΓΚΛΙΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ: Ορισμός Cauchy

lim (f(x + 1) f(x)) = 0.

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΤΡΙΑΚΟΣΤΟ ΕΚΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

n 5 = 7 ε (π.χ. ορίζοντας n0 = 1+ ε συνεπώς (σύμϕωνα με τις παραπάνω ισοδυναμίες) an 5 < ε. Επομένως a n β n 23 + β n+1

Απειροστικός Λογισμός Ι, χειμερινό εξάμηνο Λύσεις έβδομου φυλλαδίου ασκήσεων.

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΕΙΚΟΣΤΟ ΕΒΔΟΜΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

f(f 1 (B)) f(f 1 (B)) B. X \ (f 1 (C)) = X \ f 1 (C) = f 1 (Y \ C) X \ (f 1 (C)) f 1 (Y \ C). f 1 (Y \ C) = f 1 (Y \ C ) = X \ f 1 (C ).

x είναι f 1 f 0 f κ λ

Διάλεξη 5: Συνέχεια συναρτήσεων και όρια στο άπειρο

Μαθηματικά. Ενότητα 2: Διαφορικός Λογισμός. Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Κοζάνη)

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


f(x) = lim f n (t) = d(t, x n ) d(t, x) = f(t)

sup B, τότε υπάρχουν στοιχεία α A και β B µε α < β.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE [Θεώρημα Rolle του κεφ.2.5 Μέρος Β του σχολικού βιβλίου]. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΕΙΚΟΣΤΟ ΕΝΑΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

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

Συνέχεια συνάρτησης σε διάστημα. Η θεωρία και τι προσέχουμε. x, ισχύει: lim f (x) f ( ).

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE [Θεώρημα Rolle του κεφ.2.5 Μέρος Β του σχολικού βιβλίου]. ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

sin(5x 2 ) sin(4x) e 5t 2 1 (ii) lim x 0 10x 3 (iii) lim (iv) lim. 10t sin(ax) = 1. = 1 1 a lim = sin(5x2 ) = 2. f (x) = sin x. = e5t 1 = 1 0 = 0.

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

Η Θεωρία στα Μαθηματικά κατεύθυνσης της Γ Λυκείου

0x2 = 2. = = δηλαδή η f δεν. = 2. Άρα η συνάρτηση f δεν είναι συνεχής στο [0,3]. Συνεπώς δεν. x 2. lim f (x) = lim (2x 1) = 3 και x 2 x 2

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΕΙΚΟΣΤΟ ΕΚΤΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

a n = sup γ n. lim inf n n n lim sup a n = lim lim inf a n = lim γ n. lim sup a n = lim β n = 0 = lim γ n = lim inf a n. 2. a n = ( 1) n, n = 1, 2...

Θεώρημα Βolzano. Κατηγορία 1 η Δίνεται η συνάρτηση:

Για να εκφράσουμε τη διαδικασία αυτή, γράφουμε: :

f(t) = (1 t)a + tb. f(n) =

n = r J n,r J n,s = J

i=1 i=1 i=1 (x i 1, x i +1) (x 1 1, x k +1),

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ. η τιμή της συνάρτησης είναι μεγαλύτερη από την τιμή της σε κάθε γειτονικό σημείο του x. . Γενικά έχουμε τον ακόλουθο ορισμό:

ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ - ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE

ΑΝΑΛΥΣΗ 1 ΤΡΙΑΚΟΣΤΟ ΕΒΔΟΜΟ ΜΑΘΗΜΑ, Μ. Παπαδημητράκης.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΩΣΤΟΥ-ΛΑΘΟΥΣ

ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΘΕΩΡΕΙΑ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ

Λύσεις των ϑεµάτων, ΑΠΕΙΡΟΣΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ Ι, 3/2/2010

S n = ( 1, 0] 1 + b 1 a1 + b 1 I 1 I 2 I 3...,

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Παύλος Βασιλείου

Π Κ Τ Μ Ε Μ Λύσεις των ασκήσεων

ΑΣΚΗΣΕΙΣ: ΟΡΙΑ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

j=1 x n (i) x s (i) < ε.

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

1. Υπολογίστε, όπου αυτές υπάρχουν, τις παραγώγους των συναρτήσεων:

Κεφάλαιο 2 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ. 2.1 Συνάρτηση

1 Σύντομη επανάληψη βασικών εννοιών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 5: ΘΕΩΡΗΜΑ ROLLE [Θεώρημα Rolle του κεφ.2.5 Μέρος Β του σχολικού βιβλίου]. ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Σημειώσεις Μαθηματικών 2

2 1, x < 2. f(x) = 3x + 1, x 2. lim. f(x) = lim. x 2. x 1, x < 1. 3x 2 x > 1

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 9: ΤΟΠΙΚΑ ΑΚΡΟΤΑΤΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΘΕΩΡΗΜΑ FERMAT

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΑΘΗΤΩΝ. Ερώτηση 1. Αν το x o δεν ανήκει στο πεδίο ορισμού μιας συνάρτησης f, έχει νόημα να μιλάμε για παράγωγο της f. στο x = x o?

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

lim y < inf B + ε = x = +. f(x) =

ΤΟ ΘΕΜΑ Α ΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 10: ΕΥΡΕΣΗ ΤΟΠΙΚΩΝ ΑΚΡΟΤΑΤΩΝ

B = F i. (X \ F i ) = i I

). Πράγματι, στο διάστημα [ x, x 1 2 ικανοποιεί τις προϋποθέσεις του Θ.Μ.Τ. Επομένως, υπάρχει ξ x 1,

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

y = 2 x και y = 2 y 3 } ή

sup(a + B) = sup A + sup B inf(a + B) = inf A + inf B.

********* Β ομάδα Κυρτότητα Σημεία καμπής*********

f (x) = l R, τότε f (x 0 ) = l.

[ α π ο δ ε ί ξ ε ι ς ]

ΑΝΑΛΥΣΗ 2 ΣΕ 37 ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ - ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

Θεώρημα Bolzano. Γεωμετρική Ερμηνεία του θ.bolzano. Θ. Bolzano και ύπαρξη ρίζας

2. Αν έχουμε μια συνάρτηση f η οποία είναι συνεχής σε ένα διάστημα Δ.

B = {x A : f(x) = 1}.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Το 1ο Θέμα στις πανελλαδικές εξετάσεις

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Infimum. Ορισμός κάτω φράγματος συνόλου A. Ορισμός infimum του συνόλου A. Το σύνολο A R είναι κάτω φραγμένο αν. k R : x A k x.

ΑΝΑΛΥΣΗ 2. Μ. Παπαδημητράκης.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2010 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2010

Απειροσ τικός Λογισμός ΙΙ Πρόχειρες Σημειώσεις Τμήμα Μαθηματικών Πανεπιστήμιο Αθηνών

Κεφάλαιο 4: Διαφορικός Λογισμός

ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ-ΟΡΙΟ-ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Μαθηματικά Ενότητα 11: Θεώρημα Μέσης Τιμής Μονοτονία Συνάρτησης

Συνέχεια Συνάρτησης. Λυγάτσικας Ζήνων. Βαρβάκειο Ενιαίο Πειραµατικό Λύκειο. 1 εκεµβρίου f(x) = f(x 0 )

f (x) = l R, τότε f (x 0 ) = l. = lim (0) = lim f(x) = f(x) f(0) = xf (ξ x ). = l. Εστω ε > 0. Αφού lim f (x) = l R, υπάρχει δ > 0

1,2,3,7. i. f(x) = x x, x [1, 3] ii. f(x) = { x2 + 2x + 3, x < 1. iii. f(x) = x x. iv. f(x) = { x ln(x), 0 < x 1. cx 2 + 4x + 4, 0 x 1. Rolle.

ΔΕΟ 13 - ΠΛΗ 12 Όρια Συναρτήσεων. Ποσοτικές Μέθοδοι: Επιχειρησιακά Μαθηματικά. Κεφάλαιο 1: 3.2 Συνεχείς και Παραγωγίσιμες Συναρτήσεις

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Αρμονική Ανάλυση. Τμήμα Μαθηματικών. Πανεπιστήμιο Κρήτης

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2019 ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΟΜΑΔΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΙΙ, ΣΕΜΦΕ (1/7/ 2013) y x + y.

Απειροστικός Λογισμός Ι, χειμερινό εξάμηνο Λύσεις ένατου φυλλαδίου ασκήσεων.

ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

ΘΕΩΡΗΜΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΥ ΛΟΓΙΣΜΟΥ

Ερωτήσεις-Απαντήσεις Θεωρίας


Σχόλια στις Παραγώγους. Μια συνάρτηση θα λέγεται παραγωγίσιμη σε ένα σημείο x 0 του. f(x h) f(x )

35 Χρήσιμες Προτάσεις με αποδείξεις Γ Λυκείου Μαθηματικά Κατεύθυνσης

Μαθηματικά. Ενότητα 12: Ακρότατα Συνάρτησης Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2008

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2006 ΘΕΜΑ 1 ΛΥΣΗ. Η τελευταία σχέση εκφράζει μια εξίσωση κύκλου που επαληθεύεται για w=0.

Συνθήκες Θ.Μ.Τ. Τρόπος αντιμετώπισης: 1. Για να ισχύει το Θ.Μ.Τ. για μια συνάρτηση f σε ένα διάστημα [, ] (δηλαδή για να υπάρχει ένα τουλάχιστον (, )

Transcript:

Μαθηματικός Λογισμός Ι Φθινόπωρο 2014 Σημειώσεις 1-12-14 Μ. Ζαζάνης 1 Πραγματικές Συναρτήσεις και Ορια Εστω S R ένα υποσύνολο του R και f : S R μια συνάρτηση με πεδίο ορισμού το S και τιμές στους πραγματικούς αριθμούς. Το σύνολο T := {f(x) : x S} ονομάζεται πεδίο τιμών της συνάρτησης f. Ορισμός 1. Εστω f μια συνάρτηση ορισμένη σε ένα διάστημα (a, b) εκτός, ενδεχομένως, από κάποιο σημείο ξ (a, b). Θα λέμε ότι η f τείνει στον πραγματικό αριθμό l R και θα γράφουμε f(x) l όταν x ξ ή, ισοδύναμα, lim x ξ f(x) = l αν ɛ > 0 δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) l < ɛ όταν 0 < x ξ < δ, x (a, b). Ορισμός 2. Η συνάρτηση f : (a, b) R είναι συνεχής στο σημείο ξ (a, b) αν f(x) f(ξ) όταν x ξ. Θεώρημα 1. Εστω μια συνάρτηση f ορισμένη στο διάστημα (a, b), εκτός ενδεχομένως από κάποιο σημείο ξ (a, b). Τότε f(x) l όταν x ξ αν και μόνο αν για κάθε ακολουθία σημείων {x n } στο διάστημα (a, b) τέτοιων ώστε x n ξ, n N και x n ξ όταν n, ισχύει ότι f(x n ) l όταν n. Ορια από τα δεξιά και από τα αριστερά: στο διάστημα (a, b). Θα λέμε ότι Εστω μια πραγματική συνάρτηση f ορισμένη Το όριο της f όταν το x τείνει στο b από τα αριστερά είναι το l, και θα γράφουμε lim x b f(x) = l, αν ɛ > 0 δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) l < ɛ όταν b δ < x < b. Το όριο της f όταν το x τείνει στο a από τα δεξιά είναι το l, και θα γράφουμε lim x a+ f(x) = l, αν ɛ > 0 δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) l < ɛ όταν a < x < x + δ. Άπειρα όρια. Θα λέμε ότι f(x) + όταν x ξ+ αν H > 0 δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) > H όταν ξ < x < ξ + δ. Θα λέμε ότι f(x) l όταν x + αν ɛ > 0 H > 0 τέτοιο ώστε f(x) l < ɛ όταν x > H. 1

2 Συνέχεια Ορισμός 3. Μια πραγματική συνάρτηση f είναι συνεχής στο διάστημα (a, b) αν είναι συνεχής σε κάθε σημείο του διαστήματος. Η f είναι συνεχής στο [a, b] αν είναι συνεχής στο (a, b), συνεχής από τα δεξιά στο a και συνεχής από τα αριστερά στο b. Θεώρημα 2 (Διατήρηση Προσήμου). Εστω f μια συνάρτηση συνεχής στο σημείο c με f(c) 0. Τότε υπάρχει δ > 0 τέτοιο ώστε η f(x) να έχει το ίδιο πρόσημο με την f(c) για κάθε x (c δ, c+δ). Απόδειξη. Ας υποθέσουμε ότι f(c) > 0. (Η περίπτωση f(c) < 0 είναι παρόμοια.) Αφού η f είναι συνεχής στο σημείο c, διαλέγοντας ɛ = 1 2f(c), συμπεραίνουμε ότι υπάρχει αντίστοιχο δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) f(c) < 1 f(c) όταν 0 < x c < δ 2 Χρησιμοποιώντας την τριγωνική ανισότητα, 1 2 f(c) < f(x) f(c) < 1 2 f(c) ή ισοδύναμα 1 2 f(c) < f(x) < 3 2f(x), και επομένως αυτό συνεπάγεται ότι 0 < 1 2 f(c) < f(x) < f(x) f(c) < 1 f(c) όταν 0 < x c < δ. 2 Συνεπώς f(x) > 0 για κάθε x (c δ, c + δ). Θεώρημα 3 (Bolzano). Εστω f συνεχής συνάρτηση στο [a, b] για την οποία ισχύει ότι f(a)f(b) < 0. Υπάρχει τότε c (a, b) τέτοιο ώστε f(c) = 0. Απόδειξη. Υποθέτουμε (χωρίς βλάβη της γενικότητας) ότι f(a) < 0 και f(b) > 0. Ενδέχεται να υπάρχουν πολλές τιμες στο διάστημα (a, b) όπου η f μηδενίζεται. Εμείς αρκεί να βρούμε μια από αυτές και θα βρούμε την μεγαλύτερη. Εστω S := {x : x [a, b], f(x) 0}. Το σύνολο S δεν είναι κενό επειδή a S. Επίσης το S είναι φραγμένο με άνω φράγμα το b. Συνεπώς έχει ελάχιστο άνω φράγμα: c := sup S. Θα δείξουμε ότι f(c) = 0 με την εις άτοπο αναγωγή. Αν υποθέσουμε f(c) > 0. Αφού η f είναι συνεχής, από το Θεώρημα διατήρησης προσήμου, υπάρχει δ > 0 για το οποίο ισχύει f(x) > 0 για x (c δ, c + δ). Δεδομένου ότι f(x) > 0 για κάθε x (c, b] αφού c = sup S συμπεραίνουμε ότι f(x) > 0 για κάθε x (c δ, b] πράγμα που αντιβαίνει στο γεγονός ότι c = sup S. Αν υποθέσουμε ότι f(c) < 0 τότε, πάλι από το Θεώρημα διατήρησης προσήμου, υπάρχει δ > 0 για το οποίο ισχύει f(x) < 0 για x (c δ, c + δ). Αυτό όμως σημαίνει ότι υπαρχουν στοιχεία του S που είναι μεγαλύτερα από το c, πράγμα που είναι άτοπο. Μέγιστο και Ελάχιστο Εστω S R και f : S R. Η συνάρτηση f έχει σημείο μεγίστου στο c S αν f(c) f(x) για κάθε x S. Η f έχει σημείο ελαχίστου στο d S αν f(d) f(x) για κάθε x S. 2

Θεώρημα 4. Εστω f μια συνεχής συνάρτηση ορισμένη στο διάστημα [a, b]. Τότε η f είναι φραγμένη στο [a, b] δηλαδή υπάρχει C > 0 τέτοιο ώστε f(x) C για κάθε x [a, b]. Απόδειξη. Με την εις άτοπον απαγωγή: Εστω ότι η f δεν είναι φραγμένη. Τότε, για κάθε φυσικό αριθμό n υπάρχει τουλάχιστον ένα σημείο x n [a, b] τέτοιο ώστε f(x n ) > n. Η ακολουθία {x n } είναι φραγμένη και επομένως, από το θεώρημα Bolzano Weirstrass έχει μια συγκλίνουσα υπακολουθία, έστω {x kn } με lim n x kn = c [a, b]. Αφού η f είναι συνεχής στο c, υπάρχει δ > 0 τέτοιο ώστε f(x) f(c) < 1 για κάθε x (c δ, c + δ) [a, b]. Αλλά f(x) f(c) < 1 συνεπάγεται ότι f(x) f(c) +1. Ομως, αφού x kn c όταν n, υπάρχει n 0 N τέτοιο ώστε x n c < δ όταν n n 0. Επομένως αν διαλέξουμε n > f(c) +1 και ταυτόχρονα n n 0 θα ισχύει ότι x n (c δ, c+δ) [a, b] και επομένως θα πρέπει f(x kn ) f(c) + 1 ενώ ταυτόχρονα f(x kn ) k n n > f(c) + 1 το οποίο είναι άτοπο. Θεώρημα 5. Εστω f μια συνεχής συνάρτηση ορισμένη στο διάστημα [a, b]. Τότε υπάρχει c [a, b] τέτοιο ώστε f(c) = sup{f(x) : x [a, b]} και d [a, b] τέτοιο ώστε f(d) = inf{f(x) : x [a, b]}. Θεώρημα 6 (Θεώρημα Ενδιάμεσης Τιμής). Εστω f μια συνεχής συνάρτηση ορισμένη στο διάστημα [a, b] και x 1 < x 2 δύο σημεία στο [a, b] τέτοια ώστε f(x 1 ) f(x 2 ). Τότε η f παίρνει όλες τις τιμές ανάμεσα στο f(x 1 ) και στο f(x 2 ) στο διάστημα (x 1, x 2 ). Απόδειξη. Ας υποθέσουμε (χωρίς βλάβη της γενικότητας) ότι f(x 1 ) < f(x 2 ) και έστω k (f(x 1 ), f(x 2 )). Η συνάρτηση g(x) := f(x) k είναι συνεχής και ικανοποιεί τις g(x 1 ) < 0, g(x 2 ) > 0. Συνεπώς, από το Θεώρημα του Bolzano υπάρχει ξ (x 1, x 2 ) τέτοιο ώστε g(ξ) = 0 που σημαίνει ότι f(ξ) = k. 3 Παράγωγοι και Παραγωγίσιμες Συναρτήσεις Ορισμός 4. Μια συνάρτηση f : (a, b) R ονομάζεται παραγωγίσιμη ή διαφορίσιμη στο σημείο ξ (a, b) αν υπάρχει το όριο f f(x) f(ξ) (ξ) := lim. x ξ x ξ Η τιμή f (ξ) ονομάζεται παράγωγος της f στο σημείο ξ. Μια συνάρτηση f η οποία είναι παραγωγίσιμη σε κάθε σημείο ενός ανοικτού διαστήματος I θα ονομάζεται παραγωγίσιμη στο I. Η συνάρτηση f : I R η οποία σε κάθε σημείο x του I παίρνει την τιμή f (x) θα ονομάζεται παράγωγος της f. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να ορίσουμε παραγώγους ανωτέρας τάξης. Για παράδειγμα, αν η f είναι παραγωγίσιμη στο σημείο ξ I τότε η δεύτερη παράγωγος της f στο ξ ορίζεται ως f f(x) f(ξ) (ξ) = lim. x ξ x ξ Θεώρημα 7. Αν μια συνάρτηση είναι παραγωγίσιμη σε ένα σημείο c τότε είναι συνεχής στο c. 3

Πρόταση 1. Αν οι συναρτήσεις f, g, ορισμένες στο ανοικτό διάστημα I είναι παραγωγίσιμες σε κάποιο σημείο ξ I και αν a, b R τότε Η παράγωγος της συνάρτησης af(x) + bg(x) στο σημείο ξ υπάρχει και είναι ίση με af (ξ) + bg (ξ). Η παράγωτος της συνάρτησης f(x)g(x) στο σημείο ξ υπάρχει και είναι ίση με f (ξ)g(ξ) + f(ξ)g (ξ). Υπό την προϋπόθεση ότι g(ξ) 0, η παράγωγος της συνάρτησης f(x)/g(x) στο σημείο ξ υπάρχει και είναι ίση με f (ξ)g(ξ) f(ξ)g (ξ) g(ξ) 2. Ορισμός 5. Εστω f μια συνάρτηση ορισμένη σε ένα ανοικτό διάστημα I. Το σημείο c I ονομάζεται σημείο τοπικού μεγίστου της f αν υπάρχει h > 0 τέτοιο ώστε f(c) f(x) για κάθε x (c h, c + h). Αντίστοιχα, το c I ονομάζεται σημείο τοπικού ελαχίστου της f αν υπάρχει h > 0 τέτοιο ώστε f(c) f(x) για κάθε x (c h, c + h). Θεώρημα 8. Εστω f : (a, b) R μια παραγωγίσιμη συνάρτηση. Αν το σημείο c (a, b) είναι τοπικό σημείο μεγίστου ή τοπικό σημείο ελαχίστου τότε f (c) = 0. Απόδειξη. Εστω f (c) > 0. Αφού η συνάρτηση f είναι παραγωγίσιμη, η συνάρτηση { f(x) f(c) g(x) := x c αν x I, x c f (c) αν x = c είναι συνεχής και αφού g(c) = f (c) > 0 αυτό σημαίνει ότι g(x) > 0 σε κάποιο διάστημα (c h, c + h) γύρο από το c. Επομένως αν c h < x 1 < c τότε g(x 1 ) = f(x 1) f(c) x 1 c > 0 που σημαίνει ότι f(x 1 ) < f(c) (εφόσον x 1 < c). Παρομοίως, αν c < x 2 < c + h τότε πάλι g(x 2 ) = f(x 2) f(c) x 2 c > 0 που σημαίνει ότι f(x 2 ) > f(c). Συμπεραίνουμε ότι αν f (c) > 0 τότε το c δεν μπορεί να είναι ούτε σημείο τοπικού μεγίστου, ούτε σημείο τοπικού ελαχίστου. Με τον ίδιο τρόπο δείχνουμε ότι αν f (c) < 0 τότε το c δεν μπορεί να είναι σημείο τοπικού μεγίστου ή τοπικού ελαχίστου. Κατά συνέπεια θα πρέπει να ισχύει f (c) = 0. Θεώρημα 9 (Rolle). Εστω f : [a, b] R συνάρτηση συνεχής και παραγωγίσιμη στο [a, b]. Αν f(a) = f(b) τότε υπάρχει c (a, b) τέτοιο ώστε f (c) = 0. 4

Απόδειξη. Αφού η f είναι συνεχής στο κλειστό και φραγμένο διάστημα [a, b] παίρνει σε κάποια σημεία ξ 1 και ξ 2 αντίστοιχα την μέγιστη και την ελάχιστη τιμή της, M και m. Αν ξ 1 = a και ξ 2 = b (ή αντίστροφα) τότε, επειδή f(a) = f(b), θα πρέπει να ισχύει m = M και επομένως η f θα είναι σταθερά στο [a, b]. Αυτό σημαίνει ότι f (x) = 0 για όλα τα x [a, b] και το θεώρημα ισχύει. Αν το ξ 1 είναι εσωτερικό σημείο του διαστήματος τότε από το προηγούμενο θεώρημα θα ισχύει ότι f (ξ 1 ) = 0 αφού το ξ 1 θα είναι τοπικό (και ολικό) ελάχιστο. Το ίδιο συμπέρασμα εξάγεται και αν το ξ 2 είναι εσωτερικό σημείο. Θεώρημα 10 (Μέσης Τιμής). Εστω f : [a, b] R συνάρτηση συνεχής και παραγωγίσιμη στο [a, b]. Τότε υπάρχει υπάρχει c (a, b) τέτοιο ώστε f (c) =. Απόδειξη. Ορίζουμε την συνάρτηση g(x) := f(x) f(a) x a () για x [a, b]. Παρατηρούμε ότι για η συνάρτηση αυτή είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο [a, b] με g (x) = f (x) και ότι g(a) = g(b) = 0. Συνεπώς, εφαρμόζοντας το Θεώρημα του Rolle στην g, συμπεραίνουμε ότι υπάρχει c [a, b] τέτοιο ώστε g (c) = 0 δηλαδή f (c) = 0. Μια σημαντικότατη συνέπεια του θεωρήματος της Μέσης Τιμής είναι η ακόλουθη πρόταση. Αν η συνάρτηση f είναι παραγωγίσιμη σε ένα διάστημα I και f (x) = 0 για κάθε x I τότε η f είναι σταθερή στο I. Πράγματι, αν x < y, x, y I, τότε f(y) f(x) y x = f (ξ) = 0, αφού η παράγωγος είναι παντού μηδέν. Επομένως, για κάθε x, y I f(y) = f(x) πράγμα που σημαίνει ότι η συνάρτηση είναι σταθερή στο I. Θεώρημα 11 (Μέσης Τιμής Cauchy). Εστω f : [a, b] R και g : [a, b] R συνάρτησεις συνεχείς και παραγωγίσιμες στο [a, b]. Υποθέτουμε ότι g(b) g(a) και ότι g (x) 0 για a < x < b. Τότε υπάρχει υπάρχει ξ (a, b) τέτοιο ώστε g(b) g(a) = f (ξ) g (ξ). (1) 5

Απόδειξη. Παρατηρούμε ότι g(b) g(a) διότι, αν ήταν ίσα τότε, από το θεώρημα του Rolle θα υπήρχε x 0 (a, b) τέτοιο ώστε g (x 0 ) = 0, κάτι που εξ υποθέσεως δεν συμβαίνει. Επομένως g(b) g(a) 0 και ο παρονομαστής της (1) δεν μηδενίζεται. Θεωρούμε τώρα την συνάρτηση F (x) := f(x) hg(x) όπου h R. Η F είναι συνεχής στο [a, b] και παραγωγίσιμη στο (a, b). Επιλέγουμε το h έτσι ώστε να ισχύει F (a) = F (b): F (a) = f(a) hg(a) = f(b) hg(b) = F (b) το οποίο συνεπάγεται h = g(b) g(a). Παρατηρούμε ότι η επιλογή αυτή του h είναι εφικτή με την έννοια ότι g(b) g(a) και επομένως ο παρονομαστής g(b) g(a) δεν μηδενίζεται. Πράγματι, αν ίσχυε ότι g(b) = g(a), τότε θα υπήρχε ξ (a, b) τέτοιο ώστε g (ξ) ενώ σύμφωνα με τις υποθέσεις του θεωρήματος g (x) 0 για όλα τα x (a, b). Εφαρμόζοντας το Θεώρημα του Rolle για την F συμπεραίνουμε ότι υπάρχει ξ (a, b) τέτοιο ώστε F (ξ) = f (ξ) hg (ξ) = 0 το οποίο δίνει την (1). 6