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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)閉区間[a,b]連続開区間(a,b)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)閉区間[a,b]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) f ' (x)0f(x) 閉区間[a,b]狭義単調増加]  
(仮定)
   ・f(x) 閉区間[a,b]連続開区間(a,b)微分可能    …@
   ・
f(x)開区間(a,b) f ' (x)0   …A
(本題)
    x1, x2[a,b], x1x2 をみたす任意のx1x2 をとると、
    @より、
f(x)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], x1x2 をみたす任意のx1x2 に対し、 
    
f (x1 ) f (x2 ) 
    つまり、
f(x)[a,b]狭義単調増加

[ f (x) [a,b]狭義単調増加(a,b) f ' (x)0 は不成立]
   関数f(x)閉区間[a,b]連続開区間(a,b)微分可能、として、
   関数
f(x)[a,b]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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