嚴謹的微分理論

遞增函數判別法

如果你每一瞬間的速度都為正,你就一直向前、絕不倒退——於是你的位置隨時間遞增。遞增函數判別法正是把這種直覺嚴謹化:在一個區間上斜率始終為正的函數,必在整個區間上遞增。

陳述:設 f 在區間 I 上連續,在其內部可微。若對所有內部的 x 都有 f'(x) > 0,則 f 在 I 上嚴格遞增;若處處 f'(x) >= 0,則 f 不減(而 f'(x) <= 0 給出不增,f'(x) = 0 給出常數)。證明是中值定理的直接應用:對 I 中任意 a < b,有 f(b) - f(a) = f'(c)(b - a)(某個 c),而 f'(c) 的符號控制 f(b) - f(a) 的符號。

兩點誠實的微妙之處。其一,嚴格遞增並不要求處處 f' > 0——f(x) = x^3 嚴格遞增卻有 f'(0) = 0,所以導數為正對於嚴格單調是充分而非必要條件。其二,區間至關重要:該判別法在一個連通區間上斷定單調性,而非在不連通的定義域上;在後者,每一片上 f' > 0 並不給出各片之間的任何關係。

f(x) = x^3 有 f'(x) = 3x^2 >= 0,且 f'(0) = 0 是唯一的零點;儘管如此,f 在整個 R 上嚴格遞增——單獨一個零斜率點並不能阻止上升。

導數為正迫使遞增;反方向則容許孤立的平坦點。

一個允許孤立零點的、關於嚴格遞增的簡潔充分條件:若在區間上 f' >= 0,且 f' = 0 僅在孤立點處成立(即 f' 不在任何子區間上恆為零),則 f 仍嚴格遞增。

又稱
monotonicity test, first-derivative test for monotonicity单调性判别法單調性判別法