Значение функции
в точке
называется максимумом (минимумом), если оно является наибольшим (наименьшим) по сравнению с ее значениями во всех достаточно близких точках слева и справа от
.
Функция может иметь экстремум (максимум или минимум) только в тех точках, которые лежат внутри области определения функции и где ее производная равна нулю или не существует. (Это необходимые условия экстремума, но недостаточные; они могут выполняться и в точках, где нет экстремума, например в точках
рис. 44.) Такие точки называются критическими. В соответствующих точках графика функции касательная параллельна оси абсцисс (
), или оси ординат (
) или нет определенной касательной (например, как в угловой точке).

На графике функции (рис. 44) отчетливо видно, что точками экстремума являются все точки, где функция меняет свое направление и непрерывна.
Точки
и
, при переходе через которые аргумента
возрастание функции сменяется на убывание, являются точками максимума, а точки
и при переходе через которые аргумента
убывание функции сменяется на возрастание, являются точками минимума.
Поскольку поведение функции характеризуется знаком ее производной, то функция будет иметь экстремум в тех точках, где ее производная меняет свой знак, а сама функция непрерывна. Это достаточные условия экстремума (если они выполнены в какой-либо точке, то она обязательно будет точкой экстремума).
Отсюда вытекает следующее правило исследования функции на экстремум.
Чтобы найти точки экстремума функции
, в которых она непрерывна, нужно:
I. Найти производную
и критические точки, в которых
или не существует, а сама функция непрерывна, и которые лежат внутри области определения функции.
IIа. Определить знак
слева и справа от каждой критической точки.
Если при переходе аргумента
через критическую точку
:
1)
меняет знак с + на —, то
есть точка максимума;
2)
меняет знак с — на +, то
есть точка минимума;
3)
не меняет знака, то в точке
нет экстремума.
Иногда проще исследовать критические точки, где
, по знаку второй производной,— вместо правила IIа можно пользоваться следующим правилом:
IIб. Найти вторую производную
и определить ее знак в каждой критической точке.
Если в критической точке
, где
:
1) , то
есть точка минимума;
2)
, то
есть точка максимума;
3)
, то вопрос о наличии экстремума в точке
остается открытым. Такую критическую точку, как и всякую другую, можно исследовать по правилу IIа.
Далее следует найти экстремумы функции, т. е. вычислить значения функции в найденных точках экстремума.
При исследовании на экстремум некоторых типов функций возможны существенные упрощения. Например, если функция представляет дробь с постоянным числителем или корень с целым положительным показателем.
Характер упрощений, возможных при исследовании на экстремум указанных функций, разъясняется в решении задачи №2.
Максимум и минимум (экстремум) функции. Практикум по математическому анализу. Урок 52

