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定理: 区間Iにおいて広義単調増加(減少)の必要十分条件
            [吹田・新保『理工系の…』p.44.] 
f(x)が閉区間[a,b]で微分可能とするとき、
閉区間[a,b]で広義単調増加・減少であるための必要十分条件は、
閉区間[a,b]上 f ' (x) ≧0( f ' (x) ≦0)となることである。

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(閉区間における広義単調の必要十分条件の証明) [吹田・新保『理工系の…』p.44.]
[f(x) が閉区間[a,b]で広義単調増加⇒閉区間[a,b]上f ' (x) ≧0]
(
仮定)  
   ・
f(x)が[a,b]で微分可能    …(1)
   ・f(x)が[a,b]で広義単調増加  …(2)
(
本題)
    以下、[a,b]の範囲についてのみ考える。
    
(2)より、x 1≦ x 2ならばf ( x 1 ) ≦ f ( x 2 ) 
    ゆえに、
    
(i) x 0<x とすると、
      
f ( x 0 ) ≦ f ( x )、すなわち、 f ( x )−f ( x 0 ) ≧0.
      x 0<x からの x− x 0 >0 とあわせて、
      
      
(1)より、[a,b )で右微分係数が存在し、
      

    
(ii)  x<x 0 とすると、
      
f ( x ) ≦f ( x 0 )、すなわち、 f ( x )−f ( x 0 ) ≦0.
      x<x0 からの x−x 0 <0 とあわせて、
      
      �@より、
(a,b ] で左微分係数が存在し、
      

(結論)
     f(x)が[a,b]で微分可能で広義単調増加であるならば、
     区間
[a,b]上 f ' (x) ≧0。

[[a,b]でf ' (x) ≧0⇒f(x) が[a,b]で広義単調増加]
(
仮定)
   ・f(x)が[a,b]で微分可能    …(1)
   ・f(x)が[a,b]でf ' (x) ≧0   …(2)
(
本題)
    x1, x2∈[a,b], x1<x2 をみたす任意のx1、x2 をとると、
    
(1)より、f(x)は[x1, x2] で微分可能    …(3)
    微分可能な点では連続であるので、(3)よりf(x)は[x1, x2]で連続。…(4)
    (3)(4)より
    
    を満たす
cが存在する。  ∵平均値定理
    
(2)より
    
      
x2− x1>0より、
    
f (x2 )−f (x1 ) ≧0 すなわち f (x1 ) ≦f (x2 ) .
(
結論)
    ゆえに、x1, x2∈[a,b], x1<x2 をみたす任意のx1、x2 に対し、
    
f (x1 ) ≦f (x2 )
    つまり、
f(x)は[a,b]で広義単調増加。

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