Для исследования функции ( y = \frac{x^2}{x-2} ) на монотонность и экстремумы, необходимо выполнить следующие шаги:
Область определения функции:
Функция не определена в точке ( x = 2 ), так как знаменатель обращается в ноль. Таким образом, область определения функции: ( x \in \mathbb{R} \setminus {2} ).
Найдем производную функции:
Функция имеет вид дроби ( y = \frac{u}{v} ), где ( u = x^2 ) и ( v = x - 2 ). Используем правило дифференцирования частного:
[
y' = \frac{u'v - uv'}{v^2}
]
где ( u' = 2x ) и ( v' = 1 ).
Подставляем производные:
[
y' = \frac{(2x)(x-2) - (x^2)(1)}{(x-2)^2}
]
Упростим числитель:
[
y' = \frac{2x^2 - 4x - x^2}{(x-2)^2} = \frac{x^2 - 4x}{(x-2)^2}
]
Производная функции:
[
y' = \frac{x(x-4)}{(x-2)^2}
]
Исследуем монотонность:
Найдем точки, где производная равна нулю или не существует.
- ( y' = 0 ) при ( x(x-4) = 0 ), то есть ( x = 0 ) или ( x = 4 ).
- Производная не существует в точке ( x = 2 ) (так как функция не определена в этой точке).
Разбиваем область определения на интервалы: ( (-\infty, 0) ), ( (0, 2) ), ( (2, 4) ), и ( (4, \infty) ).
Проверим знак производной на каждом из интервалов:
- На интервале ( (-\infty, 0) ): выберем ( x = -1 ), ( y' = \frac{-1(-5)}{9} > 0 ). Значит, функция возрастает.
- На интервале ( (0, 2) ): выберем ( x = 1 ), ( y' = \frac{1(-3)}{1} < 0 ). Значит, функция убывает.
- На интервале ( (2, 4) ): выберем ( x = 3 ), ( y' = \frac{3(-1)}{1} < 0 ). Значит, функция убывает.
- На интервале ( (4, \infty) ): выберем ( x = 5 ), ( y' = \frac{5(1)}{9} > 0 ). Значит, функция возрастает.
Найдем экстремумы:
- В точке ( x = 0 ) производная меняет знак с положительного на отрицательный, следовательно, в этой точке функция имеет локальный максимум.
- В точке ( x = 4 ) производная меняет знак с отрицательного на положительный, следовательно, в этой точке функция имеет локальный минимум.
Таким образом, функция ( y = \frac{x^2}{x-2} ) возрастает на интервалах ( (-\infty, 0) ) и ( (4, \infty) ), убывает на интервалах ( (0, 2) ) и ( (2, 4) ). Локальный максимум в точке ( x = 0 ), локальный минимум в точке ( x = 4 ).