Ein kleiner Beweis zur Differentialrechnung
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Satz. Sei $f: \mathbb{R} \to \mathbb{R}$ eine Funktion mit den folgenden Eigenschaften:
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$f$ ist stetig für $x \ge 0$,
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$f'(x)$ ist für alle $x > 0$ definiert,
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$f(0)=0$ und
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$f'$ ist monoton steigend.
Dann ist die Funktion $g: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}$ gegeben durch
\begin{align*} x \mapsto \frac{f(x)}{x} \end{align*}
monoton steigend.
Beweis. Wir können hier den Mittelwertsatz anwenden. Sei $x$ beliebig. Dann gibt es $c \in (0, x)$ mit
\begin{align*}
f'(c) &= \frac{f(x) - f(0)}{x - 0}
&= \frac{f(x)}{x}
\end{align*}
Da $f'$ monoton steigt, und $c$ kleiner als $x$ ist, erhalten wir
\begin{align} f'(x) \cdot x \ge f(x). \end{align}
Wenden wir dieses Wissen auf die Ableitung von $g$ an, erhalten wir
\begin{align} g'(x) = \frac{x \cdot f'(x) - f(x) }{x^2} \ge 0. \end{align}
Da $x$ beliebig gewählt war, ist damit $g'$ immer größer gleich $0$, also ist $g$ monoton steigend.
Author Ben Bals
LastMod 2020-07-29