Monotonie und 1. Ableitung
Satz 15VF
- f′(x)=0⟺ f ist konstant,
- f′(x)≥0⟺ f ist monoton wachsend,
- f′(x)≤0⟺ f ist monoton fallend,
- f′(x)>0⟹ f ist streng monoton wachsend,
- f′(x)<0⟹ f ist streng monoton fallend.
Beweis
"
⟹": Seien
a,b∈I mit
a<b. Dann gibt es auf Grund des Mittelwertsatzes ein
x0∈I mit
f′(x0)=b−af(b)−f(a).
Wegen
f′(x0)>0 gilt:
f(b)>f(a) also ist
f streng monoton wachsend. Man kann die Vergleichsoperatoren austauschen und entsprechende Schlußweisen anwenden.
(ii) Sei
f monoton wachsend. Wir wählen
x0∈I und für beliebiges
x>x0 gilt dann:
x−x0f(x)−f(x0)≥0.
Damit ist auch
f′(x0)≥. (Sollte
x0 zufällig der rechte
Randpunkt des
Intervall sein, wählen wir alle
x<x0)
(iii) erschließt man analog zu (ii) oder man geht zur
Funktion −f(x) über und benutzt (ii).
□
Dass für (iii) und (iv) die Umkehrung der Implikation nicht gilt, verdeutliche man sich am Beispiel
f(x)=x3. Die
Funktion ist
streng monoton wachsend, dennoch ist
f′(0)=0.
Das entscheidende Kriterium ist Schönheit; für häßliche Mathematik ist auf dieser Welt kein beständiger Platz.
Godfrey Harold Hardy
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