Придумайте контрпример к утверждению: "Если f и g дифференцируемы в точке x0, то максимум(f,g) дифференцируем в x0", и проанализируйте, какие дополнительные условия обеспечат дифференцируемость

27 Ноя в 09:44
2 +2
0
Ответы
1
Контрпример. Пусть f(x)=xf(x)=xf(x)=x, g(x)=−xg(x)=-xg(x)=x, рассматриваем точку x0=0x_0=0x0 =0. Тогда fff и ggg дифференцируемы в 000, но
max⁡(f,g)(x)=max⁡(x,−x)=∣x∣ \max(f,g)(x)=\max(x,-x)=|x|
max(f,g)(x)=max(x,x)=x
не дифференцируема в 000. Значит утверждение неверно.
Какие дополнительные условия обеспечат дифференцируемость
1) Тривиальное условие: если f(x0)≠g(x0)f(x_0)\ne g(x_0)f(x0 )=g(x0 ), то ближайшей окрестности одна из функций строго больше другой, потому в некоторой окрестности max⁡(f,g)\max(f,g)max(f,g) совпадает с одной из них и потому дифференцируема в x0x_0x0 .
2) Случай соприкосновения: если f(x0)=g(x0)f(x_0)=g(x_0)f(x0 )=g(x0 ), то необходимое и достаточное условие (в Rn\mathbb R^nRn) для дифференцируемости max⁡(f,g)\max(f,g)max(f,g) в x0x_0x0 — равенство градиентов:
∇f(x0)=∇g(x0). \nabla f(x_0)=\nabla g(x_0).
f(x0 )=g(x0 ).
Доказательство (эскиз). Пусть ϕ=f−g\phi=f-gϕ=fg. Если ϕ(x0)=0\phi(x_0)=0ϕ(x0 )=0 и ∇ϕ(x0)=0\nabla\phi(x_0)=0ϕ(x0 )=0, то ϕ(x)=o(∥x−x0∥)\phi(x)=o(\|x-x_0\|)ϕ(x)=o(xx0 ), поэтому
max⁡(f,g)=g+max⁡(ϕ,0) \max(f,g)=g+\max(\phi,0)
max(f,g)=g+max(ϕ,0)
и max⁡(ϕ,0)=o(∥x−x0∥)\max(\phi,0)=o(\|x-x_0\|)max(ϕ,0)=o(xx0 ), откуда max⁡(f,g)\max(f,g)max(f,g) дифференцируема с градиентом ∇g(x0)=∇f(x0)\nabla g(x_0)=\nabla f(x_0)g(x0 )=f(x0 ). Обратно, если max⁡(f,g)\max(f,g)max(f,g) дифференцируема в точке соприкосновения, её градиент должен равняться и ∇f(x0)\nabla f(x_0)f(x0 ), и ∇g(x0)\nabla g(x_0)g(x0 ), поэтому эти градиенты совпадают.
Вывод: достаточно и нужно для дифференцируемости в точке x0x_0x0 : либо f(x0)≠g(x0)f(x_0)\ne g(x_0)f(x0 )=g(x0 ), либо f(x0)=g(x0)f(x_0)=g(x_0)f(x0 )=g(x0 ) и ∇f(x0)=∇g(x0)\nabla f(x_0)=\nabla g(x_0)f(x0 )=g(x0 ). (В одномерном случае условие принимает вид f′(x0)=g′(x0)f'(x_0)=g'(x_0)f(x0 )=g(x0 ).)
27 Ноя в 09:57
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир