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Als Anwendung: Zeige, dass die Funktion auf ganz streng monoton wächst. Beweis (Notwendiges und hinreichendes Kriterium für strenge Monotonie) Aus dem Monotoniekriterium wissen wir bereits, dass genau dann monoton steigend ist, wenn. Wir müssen also nur noch zeigen, dass genau dann streng monoton steigt, wenn die zweite Bedingung zusätzlich erfüllt ist. Hinrichtung: streng monoton steigend Nullstellenmenge von enthält kein offenes Intervall Wir führen eine Kontraposition durch. Sprich, wir zeigen: Wenn die Nullstellenmenge von ein offenes Intervall enthält, ist nicht streng monoton steigend- Angenommen es gibt mit für alle. Nach dem Mittelwertsatz gibt es ein mit Also ist. Zusammenhang funktion und ableitung und. Gilt nun, so gilt, da monoton steigend ist Also ist für alle. Also ist nicht streng monoton steigend. Rückrichtung: Nullstellenmenge von enthällt kein offenes Intervall streng monoton steigend Wir führen einen Beweis durch Kontraposition. Wir müssen zeigen: Wenn monoton, aber nicht streng monoton steigend ist, dann enthält die Nullstellenmenge von ein offenes Intervall.
Sei also nicht streng monoton fallend. Nun müssen wir zeigen, dass es ein mit gibt. Da wieder stetig auf und differenzierbar auf ist, gibt es nach dem Mittelwertsatz ein mit Wegen ist der Zähler nicht-negativ, und wegen ist der Nenner positiv. Damit ist der gesamte Bruch nicht-negativ, und damit. Nun wenden wir uns den beiden Rückrichtungen zu: Rückrichtung 1: monoton steigend auf implizert auf Seien mit. Wegen der Monotonie gilt dann. Sind weiter mit, dann gilt für den Differenzenquotienten Ist nämlich, so ist. Zähler und Nenner des Differenzenquotienten sind damit nicht-negativ, und damit auch der gesamte Quotient. Analog sind im Fall und Zähler und Nenner nicht-positiv. 2. Ableitung | Mathebibel. Damit ist der gesamte Bruch wieder nicht-negativ. Nun bilden wir den Differentialquotienten, mit dem Grenzübergang. Dieser existiert, da auf differenzierbar ist. Weiter bleibt die Ungleichung wegen der Monotonieregel für Grenzwerte erhalten. Damit haben wir Da und beliebig waren, folgt die Behauptung auf. Rückrichtung 2: monoton fallend auf impliziert auf Seien wieder mit.
Lösung (Monotonieintervalle und Nachweis einer Nullstelle) Monotonieintervalle: És gilt: ist auf ganz differenzierbar, mit Damit ist Nach dem Monotoniekriterium ist auf und auf streng monoton steigend. Weiter gilt Nach dem Monotoniekriterium ist auf streng monoton fallend. besitzt genau eine Nullstelle: Für gilt die folgende Wertetabelle Auf Grund der zuvor untersuchten Monotonieeigenschaften und der Stetigkeit von können wir damit ablesen: Auf ist streng monoton steigend. Wegen gilt für alle. Auf ist dann streng monoton fallend. Also gilt auch für alle. Anschließend steigt auf wieder streng monoton. Zusammenhang funktion und ableitung 2. Wegen und, muss es nach dem Zwischenwertsatz ein geben mit. Wegen der strengen Monotonie kann in keine weiteren Nullstellen haben. Notwendiges und hinreichendes Kriterium für strenge Monotonie [ Bearbeiten] Aufgabe (Notwendiges und hinreichendes Kriterium für strenge Monotonie) Beweise: Eine stetige Funktion, die auf differenzierbar ist, ist genau dann streng monoton steigend, wenn gilt für alle Die Nullstellenmenge von enthält kein offenes Intervall.
Ein interessantes (notwendiges und hinreichendes) Kriterium hierzu behandeln wir in der Übungsaufgabe am Ende des Abschnitts. Verständnisfrage: Warum ist auf streng monoton steigend? Wir müssen zeigen: Aus mit folgt. Für die Fälle und haben wir dies schon mit dem Monotoniekriterium gezeigt. Funktion und Ableitungen. Wir müssen also nur noch den Fall betrachten. Hier gilt mit den Anordnungsaxiomen: Also ist auf streng monoton steigend. Warnung An dem Beispiel haben wir gesehen, dass die Rückrichtung der Monotonieaussage " impliziert strenge Monotonie" nicht gilt. Das heißt, dass aus der Tatsache, dass streng monoton steigt, im Allgemeinen nicht folgt. Am Beispiel der Funktion kann man ebenso sehen, dass die Rückrichtung von der Aussage " impliziert streng monotones Fallen" nicht gilt. Exponential- und Logarithmusfunktion [ Bearbeiten] Beispiel (Monotonie der Exponential- und Logarithmusfunktion) Für die Exponentialfunktion gilt für alle: Daher ist nach dem Monotoniekriterium auf ganz streng monoton steigend. Für die (natürliche) Logarithmusfunktion gilt für alle: Somit ist auf ebenfalls streng monoton steigend.
Hinrichtung 1: Aus auf folgt, dass monoton steigend auf ist. Gelte für alle und seien mit. Wir müssen zeigen. Nach Voraussetzung ist auf stetig und auf differenzierbar. Nach dem Mittelwertsatz gibt es ein mit Nach Voraussetzung ist, und somit. Wegen folgt daraus für den Zähler. Dies ist äquivalent zu, d. h. ist monoton steigend. Hinrichtung 2: Aus auf folgt, dass monoton fallend auf ist. Gelte für alle und seien mit. Wir müssen nun zeigen. Monotoniekriterium: Zusammenhang zwischen Monotonie und Ableitung einer Funktion – Serlo „Mathe für Nicht-Freaks“ – Wikibooks, Sammlung freier Lehr-, Sach- und Fachbücher. Nach dem Mittelwertsatz gibt es ein mit Nun ist, und somit. Wegen folgt daraus. ist monoton fallend. Hinrichtung 3: auf impliziert streng monoton steigend auf Zeigen wir zur Abwechslung diese Aussage mittels Kontraposition. Sei also nicht streng monoton steigend. Dann gibt es mit und. Wir müssen zeigen, dass es ein mit gibt. Nun ist stetig auf und differenzierbar auf. Nach dem Mittelwertsatz gibt es daher ein mit Wegen ist der Zähler des Quotienten nicht-positiv, und wegen ist der Nenner positiv. Damit ist der gesamte Bruch nicht-positiv, und daher. Hinrichtung 4: auf impliziert streng monoton fallend auf Wieder benutzen wir Kontraposition.
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