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定理: 閉区間における狭義単調増加・減少の十分条件

関数f(x)が閉区間[a,b]で連続、開区間(a,b)で微分可能、
開区間(a,b)で常に、 f ' (x)>0 ( f ' (x)<0 ) ならば、
関数
f(x)は閉区間[a,b]で狭義単調増加(狭義単調減少)である。

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(閉区間における狭義単調の十分条件の証明)
  
[『高等学校微分積分』p. 75;和達『微分積分』p.61; 高木『解析概論』49.]

[開区間(a,b)で f ' (x)>0⇒f(x) が閉区間[a,b]で狭義単調増加]  
(仮定)
   ・f(x)が 閉区間[a,b]で連続、開区間(a,b)で微分可能    …�@
   ・
f(x)が開区間(a,b)で f ' (x)>0   …�A
(本題)
    x1, x2∈[a,b], x1<x2 をみたす任意のx1、x2 をとると、
    �@より、
f(x)は閉区間[x1, x2]でも連続、開区間(x1, x2)でも微分可能 …�B
    �Bより
    
    を満たす
cが存在する。  ∵平均値定理
    �A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]で狭義単調増加。

[ f (x) が[a,b]で狭義単調増加⇒(a,b)で f ' (x)>0 は不成立]
   関数f(x)が閉区間[a,b]で連続、開区間(a,b)で微分可能、として、
   関数
f(x)は[a,b]で狭義単調増加(狭義単調減少)だとしても、
   
開区間(a,b)で常に、 f ' (x)>0 ( f ' (x)<0 ) とは限らない。
   反例として、
f(x)= x3 
     
狭義単調増加だが、 f ' (0)=0.  [小平『解析入門I』 p.121] 

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