
1)Εστω μια συναρτηση

η οποια ειναι παραγωγισιμη και ισχυει
+f(x)={e}^{x}-x+1)
για καθε x που ανηκει στο R. Να εξετασετε την f ως προς τη μονοτονια και τα ακροτατα.
Θεωρούμε τη συνάρτηση g(x)=(x^3)+x, x ανήκει Dg=R. Η g είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο R με πρώτη παράγωγο:
g΄(x)=3(x^2)+1>=1>0 για κάθε x ανήκει R.
Η g είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο R με f΄(x)>0 για κάθε x ανήκει R. Άρα η g είναι γνησίως αύξουσα στο R, άρα και 1-1. Επομένως ισχύει η ισοδυναμία:
y=g(x) <=> x=(g-1)(y) για κάθε x ανήκει Dg=R, y ανήκει g(Dg)=R
Είναι g(1)=2 <=> (g-1)(2)=1
lim(x->-oo)g(x)=lim(x->-oo)[(x^3)+x]=lim(x->-oo)(x^3)=-oo
lim(x->+oo)g(x)=lim(x->+oo)[(x^3)+x]=lim(x->-oo)(x^3)=+oo
Η g είναι συνεχής και γνησίως αύξουσα στο R, οπότε g(Dg)=g(R)=(lim(x->-oo)g(x),lim(x->+oo)g(x))=(-oo,+oo)=R
Θεωρούμε την σύνθεση (gof)(x)=g(f(x))=[f(x)^3]+f(x). Για να ορίζεται η gof πρέπει x ανήκει Df=R και f(x) ανήκει Dg=R. Άρα Dgof=R. Επειδή η f είναι παραγωγίσιμη στο Df=R και η g είναι παραγωγίσιμη στο f(Df) υποσύνολο του R τότε η gof είναι παραγωγίσιμη στο R με πρώτη παράγωγο:
(gof)΄(x)=g΄(f(x))f΄(x)=[3(f(x)^2)+1]f΄(x), x ανήκει R
Θεωρούμε την συνάρτηση h(x)=(e^x)-x+1, x ανήκει Dh=R. Η h είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο R με πρώτη παράγωγο:
h΄(x)=(e^x)-1. Έχουμε h΄(0)=0.
Η h είναι συνεχής στο (-οο,0], παραγωγίσιμη στο (-οο,0) και ισχύει h΄(x)<0 για κάθε x ανήκει (-οο,0). Άρα η h είναι γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0]. Η h είναι συνεχής στο [0,+οο), παραγωγίσιμη στο (0,+οο) και ισχύει h΄(x)>0 για κάθε x ανήκει (0,+οο). Άρα η h είναι γνησίως αύξουσα στο [0,+οο).
Η h είναι συνεχής στο R, γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0] και γνησίως αύξουσα στο [0,+οο). Άρα η f παρουσιάζει ολικό ελάχιστο στο x0=0 με τιμή h(0)=2
h(x)>=h(0) <=> h(x)>=2>0 για κάθε x ανήκει R
Η εξίσωση [f(x)^3]+f(x)=(e^x)-x+1 γράφεται ισοδύναμα
(gof)(x)=h(x) <=> g(f(x))=h(x) για κάθε x ανήκει R
Επομένως
(gof)΄(x)=h΄(x) <=> [3(f(x)^2)+1]f΄(x)=h΄(x) <=> f΄(x)=h΄(x)/ [3(f(x)^2)+1]=[(e^x)-1]/[3(f(x)^2)+1]
Η f είναι συνεχής στο (-οο,0], παραγωγίσιμη στο (-οο,0) και ισχύει f΄(x)<0 για κάθε x ανήκει (-οο,0). Άρα η f είναι γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0]. Η f είναι συνεχής στο [0,+οο), παραγωγίσιμη στο (0,+οο) και ισχύει f΄(x)>0 για κάθε x ανήκει (0,+οο). Άρα η f είναι γνησίως αύξουσα στο [0,+οο).
Η f είναι συνεχής στο R, γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0] και γνησίως αύξουσα στο [0,+οο). Άρα η f παρουσιάζει ολικό ελάχιστο στο x0=0.
Για x=0 έχουμε
g(f(0))=h(0) <=> f(0)=(g-1)(h(0)) <=> f(0)=(g-1)(2) <=> f(0)=1
Άρα f(x)>=f(0) <=> f(x)>=1 για κάθε x ανήκει R.