Teorema della Monotonia della Derivata Prima

Enunciato

Sia f:(a,b)Rf:(a,b)\to \mathbb{R} derivabile, f\\ \Rightarrow f Monotona Crescente/Decrescente su (a,b)(a,b) f(x)/0 x(a,b)\Leftarrow \Rightarrow f'(x) \geq / \leq 0\ \forall x \in (a,b)

Dimostrazione

Si vuole dimostrare che ff è crescente in x0(a,b)x_0 \in (a,b):

f(xo+)=limxx0+f(x)f(x0)xx00f'(x_o^+) = \lim_{x\to x_0^+}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0} \geq 0 per il Teorema della permanenza del segno f(x)f(x0)\Rightarrow f(x)\geq f(x_0) perchè ff crescente

Ora dimostriamo che f(x)0 x(a,b)f'(x)\geq 0\ \forall x \in (a,b). La tesi è: ff è crescente ovvero: x1<x2f(x1)f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1)\leq f(x_2) Ora applichiamo il Teorema di Lagrange in [x1,x2](a,b)[x_1, x_2] \subset (a,b)  c(x1,x2)  f(c)=f(x2)f(x1)x2x1=f(x2)f(x1)=f(c)(x2x1)\\ \ \exists c \in (x_1,x_2)\ |\ f'(c)=\frac{f(x_2)-f(x_1)}{x_2-x_1} = f(x_2)-f(x_1) = f'(c)\cdot(x_2-x_1) Dove gli ultimi due termini sono entrambi positivi il che implica che: f(c)(x2x1)0f'(c)\cdot(x_2-x_1) \geq 0 f(x2)f(x1)\\ \Rightarrow f(x_2) \geq f(x_1)