Монотонная функция примеры. Монотонная функция. Точки перегиба функции

1. Организационный момент
Приветствие учеников, сообщение темы и цели урока
2. Повторение и закрепление пройденного материала
· Ответы на вопросы по домашнему заданию (разбор нерешенных задач).
· Контроль усвоения материала (письменный опрос).
Вариант 1
1. Достоверное событие и его вероятность.
2. а) В случайном эксперименте бросают две игральные кости. Найдите вероятность того, что в сумме выпадет 7 очков. Результат округлите до сотых.
б) В чемпионате по гимнастике участвуют 40 спортсменок: 12 из Аргентины, 9 из Бразилии, остальные — из Парагвая. Порядок, в котором выступают гимнастки, определяется жребием. Найдите вероятность того, что спортсменка, выступающая первой, окажется из Парагвая.
в) В среднем из 500 садовых насосов, поступивших в продажу, 4 подтекают. Найдите вероятность того, что один случайно выбранный для контроля насос не подтекает.
Вариант 2
1. Невозможное событие и его вероятность.
2. а) В случайном эксперименте бросают две игральные кости. Найдите вероятность того, что в сумме выпадет 9 очков. Результат округлите до сотых.
б) В чемпионате по гимнастике участвуют 64 спортсменки: 20 из Японии, 28 из Китая, остальные — из Кореи. Порядок, в котором выступают гимнастки, определяется жребием. Найдите вероятность того, что спортсменка, выступающая первой, окажется из Кореи.
в) Фабрика выпускает сумки. В среднем на 170 качественных сумок приходится шесть сумок со скрытыми дефектами. Найдите вероятность того, что купленная сумка окажется качественной. Результат округлите до сотых.

Ответ: вариант 1. 2. а) 0,17; б) 0,475; в) 0,992.
вариант 2. 2. а) 0,11; б) 0,25; в) 0,97.
3. Изучение нового материала
Класс разделен на группы, которые занимались сбором информации, оформлением и представлением на уроке результатов своего труда (выступление учащихся с итогами своей работы).
1 группа (найти информацию о том, какие факторы (причины) способствовали появлению науки комбинаторики, какие ученые стояли у самых истоков возникновения).
2 группа (найти информацию о том, существует ли комбинаторика в реальной жизни, если да, то в каких отраслях применяется).

3 группа ( найти информацию о том, какие задачи называются комбинаторными и как можно их решить, рассмотреть каждый метод решения и сделать подборку нескольких задач, решаемых конкретным методом).
3.1. 1 группа.
Представителям самых различных специальностей приходиться решать задачи, в которых рассматриваются те или иные комбинации, составленные из букв, цифр и иных объектов.
При рассмотрении простейших вероятностных задач нам приходилось подсчитывать число различных исходов (комбинаций). Для небольшого числа элементов такие вычисления сделать несложно. В противном случае такая задача представляет значительную сложность. (слайд 1)

Комбинаторикой называют область математики, которая изучает вопросы о числе различных комбинаций (удовлетворяющих тем или иным условиям), которые можно составить из данных элементов.
Комбинаторика - раздел математики, в котором изучаются простейшие «соединения». Перестановки - соединения, которые можно составить из n предметов, меняя всеми возможными способами их порядок; число их Размещения - соединения, содержащие по m предметов из числа n данных, различающиеся либо порядком предметов, либо самими предметами; число их Сочетания - соединения, содержащие по m предметов из n, различающиеся друг от друга, по крайней мере, одним предметом (в современном толковом словаре изд. «Большая Советская Энциклопедия»).
С задачами, в которых приходилось выбирать те или иные предметы, располагать их в определенном порядке и отыскивать среди разных расположений наилучшие, люди столкнулись еще в доисторическую эпоху, выбирая наилучшее положение охотников во время охоты, воинов - во время битвы, инструментов - во время работы. (слайд 2)

· Термин "комбинаторика" был введён в математический обиход Лейбницем, который в 1666 году опубликовал свой труд "Рассуждения о комбинаторном искусстве". (слайд 3)
· Первоначально комбинаторика возникла в XVI в в связи с распространением различных азартных игр. (слайд 4)
…
3.1. 2 группа. (слайд 1)
Замечательно, что наука, которая начала с рассмотрения азартных игр, обещает стать наиболее важным объектом человеческого знания. Ведь большей частью жизненные вопросы являются на самом деле задачами из теории вероятностей.
П. Лаплас

Области применения комбинаторики:
. учебные заведения (составление расписаний) (слайд 2)
. сфера общественного питания (составление меню)
. лингвистика (рассмотрение вариантов комбинаций букв)
. география (раскраска карт) (слайд 3)
…
…
3.1. 3 группа
Задачи, в которых идет речь о тех или иных комбинациях объектов, называются комбинаторными. (слайд 1)
Правило сложения: если некоторый объект А можно выбрать m способами, а другой объект В можно выбрать n способами, то выбор « либо А, либо В» можно осуществить m + n способами.
(слайд 2)
Например:
· На тарелке лежат 5 яблок и 4 апельсина. Сколькими способами можно выбрать один плод?
По условию задачи яблоко можно выбрать пятью способами, апельсин - четырьмя. Так как в задаче речь идет о выборе «либо яблоко, либо апельсин», то его, согласно правилу сложения, можно осуществить 5+4=9 способами.
· Давайте рассмотрим такую задачу: сколько двузначных чисел можно составить из цифр 1,4,7, используя в записи числа каждую из них не более одного раза? (слайд 3)
· Решение: для того, чтобы не пропустить и не повторить ни одно из чисел, будем записывать их в порядке возрастания. Сначала запишем числа, начинающиеся с цифры 1, затем с цифры 4, и, наконец, с цифры 7:
14, 17, 41, 47, 71, 74.
Ответ: 6.
Этот метод называется перебором вариантов. Таким образом, их трех данных цифр можно составить всего 6 различных двузначных чисел.
Эту задачу можно решить и другим способом. Его название - дерево возможных вариантов. Для этой задачи построена специальная схема. (слайд 4) (слайд 5)
Ставим звездочку. Она будет обозначать количество возможных вариантов.
Далее отводим от звездочки 3 отрезка. В условии задачи даны 3 цифры - 1, 4, 7.
Ставим эти цифры на концах отрезков. Они будут обозначать число десятков в данном числе.
Далее от каждой цифры проводим по 2 отрезка.
На концах этих отрезков записываем также цифры 1, 4, 7. Они будут обозначать число единиц.
Рассмотрим, какие числа получились: 14, 17, 41, 47, 71, 74. То есть всего получилось 6 чисел.
Ответ: 6.

Эта схема действительно похожа на дерево, правда "вверх ногами" и без ствола.
Правило умножения: если объект А можно выбрать m способами и если после каждого такого выбора объект В можно выбрать n способами, то выбор пары (А,В) в указанном порядке можно осуществить m ∙ n способами. (слайд 6)
· Сколько двузначных чисел можно составить из цифр 1,4,7, используя в записи числа каждую из них не более одного раза?
Эту задачу можно решить по-другому и намного быстрее, не строя дерева возможных вариантов. Рассуждать будем так. Первую цифру двузначного числа можно выбрать тремя способами. Так как после выбора первой цифры останутся две, то вторую цифру можно выбрать из оставшихся цифр уже двумя способами. Следовательно, общее число искомых трехзначных чисел равно произведению 3∙2, т.е. 6.
· Сколько пятизначных чисел можно составить из цифр 5, 9, 0, 6?

По правилу умножения получаем: 4∙4∙4∙4=256 чисел.
(слайд 7)
Перестановки - соединения, каждое из которых содержит n различных элементов, взятых в определенном порядке.(слайд 8)
P n = n ! = 1 · 2 · 3 · … · (n -2) · (n -1) · n
Задача. (слайд 9)
Сколькими способами можно расставить на полке семь различных книг?
Решение:
Число таких способов равно числу перестановок из семи элементов,
т.е. P 7 = 7! = 1 · 2 · 3 · … · 7 = 5040.
Ответ: 5040.
Задача. (слайд 10)
Имеются 10 различных книг, три из которых - справочники. Сколькими способами
Можно расставить эти книги на полке так, чтобы все справочники стояли рядом?
Решение:
Т.к. в справочники должны стоять рядом, то будем рассматривать их как одну книгу. Тогда на полке надо расставить 10 - 3+1=8 книг. Это можно сделать P 8 способами. Для каждой из полученных комбинаций можно сделать P 3 перестановок справочников.
Поэтому число способов расположения книг на полке равно произведению:
P 8 · P 3 = 8! · 3! = 40320 · 6 =241920.
Ответ: 241920.
…
…

Презентация «Сочетания» является наглядным пособием для рассмотрения темы «Сочетания» при изучении основ комбинаторики в 9 классе. Яркое наглядное представление учебного материала способствует лучшей эффективности урока, более быстрого достижения целей урока. Презентация содержит примеры сочетаний, подводящие к определению понятия, определение, выделенное для записи в тетради и запоминания, рассматриваются особенности понятия и поиска его значения, математический аппарат для решения задач с сочетаниями, примеры решения задач.

В данной презентации для лучшего понимания материала используются примеры, наглядно рассмотренные на рисунках. При помощи слайдов и анимации материал структурирован, выделены важные понятия, детали. В целом такое представление избавляет учителя от необходимости применять другие для наглядности инструменты и предметы. Презентация может сопровождать объяснение учителя по теме, понятно и ярко демонстрируя особенности изучаемых понятий.

Презентация начинается с представления темы. После этого демонстрируется решение задачи, в которой необходимо найти количество букетов из трех роз при наличии 5 роз различного цвета. На рисунке демонстрируются 5 роз разных цветов, которые подписаны a,b,c,d,e. Сначала рассматриваются все варианты, которые могут быть сложены с желтой розой. На экране отображаются по очереди все букеты с желтой розой. Их 6, и если обозначать такие букеты буквами, то это abc, abd, abe, acd, ace, ade. Далее рассматриваются все варианты, которые могут быть сложены без желтой розы. На экране демонстрируется красная роза и далее - три варианта с красной розой. Если обозначить полученные сочетания буквами, полученные варианты - bcd, bce, bde. Оставшиеся три розы могут сложить только один букет без красной и желтой роз - cde. Подытоживая решение, отмечается, что решение может быть сложено 10 способами. Все возможные варианты букетов отображены на экране. Количество возможных сочетаний обозначено C 5 3 =10. Данный пример послужил введением к понятию сочетаний в комбинаторике. При этом определение сочетания выделено отдельно на слайде 8 и заключено в рамку для запоминания. Сочетания определяются как множество, которое составлено из k элементов, выбираемых из некоторых n элементов.

На слайде 9 отмечена важная особенность сочетаний, которая заключается в том, что порядок элементов не существенный. Единственное отличие сочетаний элементов между собой - отличие хотя бы одним элементом. Сочетания в математике обозначаются C n k . Данное обозначение читается как число сочетаний из n элементов по k. Обозначение выделено на слайде 10 и заключено в рамку для запоминания.

Далее на рассмотренном примере определяем математический аппарат для поиска количества сочетаний. Для букетов из роз, рассмотренных в начале презентации, определили, что C 5 3 =10. Для вывода формулы числа сочетаний из n элементов по k для k≤n на экран выведены все возможные варианты размещения роз в букетах. При этом напоминается, что перестановки в данном случае определяются как P 3 , а число размещений, согласно принятому обозначению, равно A 5 3 . Количество сочетаний можно определить из формулы, которая выражает число сочетаний через число размещений и перестановок. Отмечается, что формула, определяющая количество сочетаний, выходит из формулы C 5 3 .P 3 =A 5 3 . Из нее видно, что число сочетаний будет C 5 3 =(A 5 3)/P 3 .

На слайде 14 формула, выведенная для нахождения числа сочетаний в данном случае для нахождения количества букетов роз из трех цветов, составленных из 5 данных роз, распространяется на общий случай. В общем случае формула для числа сочетаний из n по k элементов для k≤n выражается через число перестановок P k и число размещений A n k . Так как A n k =C n k .P k , то в общем случае число сочетаний находится по формуле C n k =(A n k)/P k . Если в данную формулу подставить выражения, при помощи которых находится значение A n k и значение P k , то получится общая формула для нахождения числа сочетаний: C n k =n!/k!(n-k)!. Эта формула выделена цветом для запоминания, так как с помощью нее в задачах нужно будет находить значение количества сочетаний.

На слайде 16 приводится пример решения задачи, в которой нужно найти число сочетаний. В задаче необходимо найти количество способов, которыми можно выбрать 3 карандаша из набора в 12 карандашей. Очевидно, что данная операция представляет собой сочетания, так как порядок вы выбранном ряду элементов не имеет значения. Число сочетаний определяется по формуле C n k =n!/k!(n-k)!. Подставив значения из задачи в данную формулу, получим C 12 3 =12!/(3!.9!)=(10.11.12)/(1.2.3)=220.

На слайде 17 рассматривается решение еще одной задачи, в которой необходимо найти количество способов выбора четырех мальчиков и трех девочек для соревнований из класса, где 12 девочек и 14 мальчиков. Очевидно, что группа для соревнований набирается сочетаниями по 4 из 14 мальчиков и сочетаниями по 3 из 12 девочек. Общее число сочетаний будет равно произведению C 14 4 .C 12 3 . После выполнения вычислений в итоге получается число способов - 220220.

Презентация «Сочетания» рекомендуется в качестве наглядного пособия для проведения урока алгебры по данной теме. Также данный материал может быть использован для проведения урока при дистанционном обучении. Понятное подробное объяснение материала поможет самостоятельно ученикам разобраться с понятием сочетаний и способом решения подобных задач.

Определение возрастающей и убывающей функции

Пусть \(y = f\left(x \right)\) является дифференцируемой функцией на интервале \(\left({a,b} \right).\) Функция называется возрастающей (или неубывающей ) на данном интервале, если для любых точек \({x_1},{x_2} \in \left({a,b} \right),\) таких, что \({x_1}
Если данное неравенство является строгим, т.е. \(f\left({{x_1}} \right) \lt f\left({{x_2}} \right),\) то говорят, что функция \(y = f\left(x \right)\) является строго возрастающей на интервале \(\left({a,b} \right).\)

Аналогично определяются убывающая (или невозрастающая ) и строго убывающая функции.

Введенные понятия можно сформулировать в более компактной форме. Функция \(y = f\left(x \right)\) называется

возрастающей (неубывающей
строго возрастающей на интервале \(\left({a,b} \right),\) если \[ {\forall\;{x_1},{x_2} \in \left({a,b} \right):\;} {{x_1}
убывающей (невозрастающей ) на интервале \(\left({a,b} \right),\) если \[ {\forall\;{x_1},{x_2} \in \left({a,b} \right):\;} {{x_1}
строго убывающей на интервале \(\left({a,b} \right),\) если \[ {\forall\;{x_1},{x_2} \in \left({a,b} \right):\;} {{x_1} Ясно, что неубывающая функция может содержать участки строгого возрастания и интервалы, где функция является постоянной. Схематически это иллюстрируется на рисунках \(1-4\).

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Если функция \(f\left(x \right)\) дифференцируема на интервале \(\left({a,b} \right)\) и принадлежит к одному из четырех рассмотренных типов (т.е. является возрастающей, строго возрастающей, убывающей или строго убывающей), то такая функция называется монотонной на данном интервале.
Понятия возрастания и убывания функции можно определить также и для отдельной точки \({x_0}.\) В этом случае рассматривается малая \(\delta\)-окрестность \(\left({{x_0} - \delta ,{x_0} + \delta } \right)\) этой точки. Функция \(y = f\left(x \right)\) является строго возрастающей в точке \({x_0},\) если существует число \(\delta > 0,\) такое, что \[\forall\;x \in \left({{x_0} - \delta ,{x_0}} \right) \Rightarrow f\left(x \right) f\left({{x_0}} \right).\] Аналогичным образом определяется строгое убывание функции \(y = f\left(x \right)\) в точке \({x_0}.\)
Критерий возрастания и убывания функции
Снова рассмотрим функцию \(y = f\left(x \right),\) считая ее дифференцируемой на некотором интервале \(\left({a,b} \right).\) Возрастание или убывание функции на интервале определяется по знаку первой производной функции.
Теорема 1 .
Для того, чтобы функция \(y = f\left(x \right)\) была возрастающей на интервале \(\left({a,b} \right),\) необходимо и достаточно, чтобы первая производная функции была неотрицательной всюду на данном интервале: \ Аналогичный критерий действует для случая функции, убывающей на интервале \(\left({a,b} \right):\) \ Докажем обе части теоремы (необходимость и достаточность) для случая возрастающей функции.
Необходимое условие .
Рассмотрим произвольную точку \({x_0} \in \left({a,b} \right).\) Если функция \(y = f\left(x \right)\) возрастает на \(\left({a,b} \right),\) то по определению можно записать, что \[\forall\;x \in \left({a,b} \right):x > {x_0} \Rightarrow f\left(x \right) > f\left({{x_0}} \right);\] \[\forall\;x \in \left({a,b} \right):x
Рассмотрим достаточное условие , т.е. обратное утверждение.
Пусть производная \(f"\left(x \right)\) функции \(y = f\left(x \right)\) неотрицательна на интервале \(\left({a,b} \right):\) \ Если \({x_1}\) и \({x_2}\) − две произвольные точки данного интервала, такие, что \({x_1}теореме Лагранжа можно записать: \ где \(c \in \left[ {{x_1},{x_2}} \right],\;\; \Rightarrow c \in \left({a,b} \right).\)
Поскольку \(f"\left(c \right) \ge 0,\) то правая часть равенства неотрицательна. Следовательно, \ т.е. функция \(y = f\left(x \right)\) является возрастающей на интервале \(\left({a,b} \right).\)
Рассмотрим теперь случаи строгого возрастания и строгого убывания функции. Здесь существует похожая теорема, описывающая необходимые и достаточные условия. Опуская доказательство, сформулируем ее для случая строго возрастающей функции.
Теорема 2 .
Для того, чтобы дифференцируемая на интервале \(\left({a,b} \right)\) функция была строго возрастающей на этом интервале, необходимо и достаточно, чтобы выполнялись следующие условия:
Условие \(1\) содержится в теореме \(1\) и является признаком неубывающей функции. Дополнительное условие \(2\) требуется для того, чтобы исключить участки постоянства функции, в которых производная функции \(f\left(x \right)\) тождественно равна нулю.
На практике (при нахождении интервалов монотонности) обычно используется достаточное условие строгого возрастания или строгого убывания функции. Из теоремы \(2\) следует такая формулировка достаточного признака:
Если для всех \(x \in \left({a,b} \right)\) выполняется условие \(f"\left(x \right) > 0\) всюду в интервале \(\left({a,b} \right),\) кроме возможно лишь некоторых отдельных точек, в которых \(f"\left(x \right) = 0,\) то функция \(f\left(x \right)\) является строго возрастающей .
Соответственно, условие \(f"\left(x \right) строго убывающую функцию.
Число точек, в которых \(f"\left(x \right) = 0,\) является, как правило, конечным. Согласно теореме \(2\), они не могут плотно заполнять какой-либо промежуток в интервале \(\left({a,b} \right).\)
Приведем также признак строгого возрастания (убывания) функции в точке:
Теорема 3 .
Пусть \({x_0} \in \left({a,b} \right).\)
Свойства монотонных функций
Возрастающие и убывающие функции обладают определенными алгебраическими свойствами, которые могут оказаться полезными при исследовании функций. Перечислим некоторые из них: