derivace až do řádu n včetně. Potom existuje právě jeden polynom nejvýše n-tého stupně, který je aproximací funkce f v bodě x



Podobné dokumenty
MONOTÓNNOST FUNKCE. Nechť je funkce f spojitá v intervalu I a nechť v každém vnitřním bodě tohoto intervalu existuje derivace f ( x)

Učební dokument FUNKCE. Vyšetřování průběhu funkce. Mgr. Petra MIHULOVÁ. 4.roč.

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

Derivace a průběh funkce.

(a) = (a) = 0. x (a) > 0 a 2 ( pak funkce má v bodě a ostré lokální maximum, resp. ostré lokální minimum. Pokud je. x 2 (a) 2 y (a) f.

Obsah. x y = 1 + x y = 3x y = 2(x2 x + 1) (x 1) x 3. y = x2 + 1 x y =

1 Průběh funkce. Pomůcka pro cvičení: 1. semestr Bc studia Průběh funkce - ruční výpočet

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

Průběh (jednorozměrné) funkce

Lokální a globální extrémy funkcí jedné reálné proměnné

Nerovnice s absolutní hodnotou

Funkce více proměnných

INŽENÝRSKÁ MATEMATIKA LOKÁLNÍ EXTRÉMY

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

M - Rovnice - lineární a s absolutní hodnotou

Definice z = f(x,y) vázané podmínkou g(x,y) = 0 jsou z geometrického hlediska lokálními extrémy prostorové křivky k, Obr Obr. 6.2.

15 s. Analytická geometrie lineárních útvarů

2.7.2 Mocninné funkce se záporným celým mocnitelem

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Asymptoty grafu funkce

Řešení: ( x = (1 + 2t, 2 5t, 2 + 3t, t); X = [1, 2, 2, 0] + t(2, 5, 3, 1), přímka v E 4 ; (1, 2, 2, 0), 0, 9 )

2.1. Pojem funkce a její vlastnosti. Reálná funkce f jedné reálné proměnné x je taková

( ) ( ) ( ) 2 ( ) Rovnice s neznámou pod odmocninou II. Předpoklady: 2715

4. Výčtem prvků f: {[2,0],[3,1],[4,2],[5,3]}

Kapitola 7: Integrál. 1/14

2.8.9 Parametrické rovnice a nerovnice s absolutní hodnotou

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

3. Ve zbylé množině hledat prvky, které ve srovnání nikdy nejsou napravo (nevedou do nich šipky). Dát do třetí

Matematická analýza III.

Dualita v úlohách LP Ekonomická interpretace duální úlohy. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Dopravní úloha. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Funkce rostoucí, funkce klesající I

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Průběh funkce ZVMT lesnictví 1 / 21

Vztah mezi dvěma čísly, které se rovnají, se nazývá rovnost, jako například : ( 2) 3 = 8 4 = 2 ; 16 = 4 ; 1 = 1 a podobně. 2

7.1 Extrémy a monotonie

M. Hojdarová, J. Krejčová, M. Zámková

2.7.1 Mocninné funkce s přirozeným mocnitelem

Kvadratické rovnice pro učební obory

( ) Neúplné kvadratické rovnice. Předpoklady:

3.2.4 Podobnost trojúhelníků II

ALGEBRA LINEÁRNÍ, KVADRATICKÉ ROVNICE

Základy matematiky pro FEK

Kapitola I - Množiny bodů daných vlastností I.a Co je množinou všech bodů v rovině, které mají od daných dvou různých bodů stejnou vzdálenost? I.

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

Příklady na konvexnost a inflexní body. Funkce f (x) = x 3 9x. Derivace jsou f (x) = 3x 2 9 a f (x) = 6x. Funkce f je konvexní na intervalu (0, )

Soustavy lineárních rovnic

Důkazové metody. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

Tvorba trendové funkce a extrapolace pro roční časové řady

{ } Kombinace II. Předpoklady: =. Vypiš všechny dvoučlenné kombinace sestavené z těchto pěti prvků. Urči počet kombinací pomocí vzorce.

Matematika 1 pro PEF PaE

Řešení: a) Označme f hustotu a F distribuční funkci náhodné veličiny X. Obdobně označme g hustotu a G distribuční funkci náhodné veličiny Y.

Definice a vlastnosti funkcí

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

(k 1)x k + 1. pro k 1 a x = 0 pro k = 1.

PRŮBĚH FUNKCE JEDNÉ REÁLNÉ PROMĚNNÉ

Definice derivace v bodě

( ) Kreslení grafů funkcí metodou dělení definičního oboru I. Předpoklady: 2401, 2208

Zlín, 23. října 2011

Označování dle 11/2002 označování dle ADR, označování dle CLP

2.7. Průběh funkce. Vyšetřit průběh funkce znamená určit (ne nutně v tomto pořadí): 1) Definiční obor; sudost, lichost; periodičnost

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Aplikace derivace a průběh funkce

EXPONENCIÁLNÍ A LOGARITMICKÁ FUNKCE

kde je dostupný ve formě vhodné pro tisk i ve formě vhodné pro prohlížení na obrazovce a z adresy

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

= musíme dát pozor na: jmenovatel 2a, zda je a = 0 výraz pod odmocninou, zda je > 0, < 0, = 0 (pak je jediný kořen)

INTEGRÁLNÍ POČET NEURČITÝ INTEGRÁL,

ELEKTROTECHNICKÁ MĚŘENÍ PRACOVNÍ SEŠIT 2-3

Derivace funkce. existuje limita lim 0 ) xx xx0. Jestliže tato limita neexistuje nebo pokud funkce ff

Průběh funkce 1. Průběh funkce. Při vyšetření grafu funkce budeme postupovat podle následujícího algoritmu:

2.6.4 Lineární lomené funkce s absolutní hodnotou

10. Polynomy a racionálně lomenné funkce

Funkce Vypracovala: Mgr. Zuzana Kopečková

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: MATEMATIKA DRUHÝ VĚRA JÜTTNEROVÁ Název zpracovaného celku:

Základy matematiky pro FEK

Rostislav Horčík. 13. října 2006

Funkce. Liché a sudé funkce, periodické funkce. Mgr. Tomáš Pavlica, Ph.D. Digitální učební materiály, Gymnázium Uherské Hradiště

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

65. ročník matematické olympiády Řešení úloh klauzurní části školního kola kategorie B

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Numerické metody jednorozměrné minimalizace

KONSTRUKČNÍ ÚLOHY ŘEŠENÉ UŽITÍM MNOŽIN BODŮ

1.3.1 Kruhový pohyb. Předpoklady: 1105

7) Intervaly konvexnosti a konkávnosti. 8) Inflexe, inflexní body grafu funkce. 9) Asymptoty grafu funkce. 10) Sestrojení grafu funkce.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vrtání závitů bez vyrovnávací hlavičky (G331, G332)

ax + b = 0, kde a, b R, přímky y = ax + b s osou x (jeden, nekonečně mnoho, žádný viz obr. 1.1 a, b, c). Obr. 1.1 a Obr. 1.1 b Obr. 1.

1.1.1 Kvadratické rovnice (dosazení do vzorce) I

Derivace a monotónnost funkce

M - Příprava na 2. zápočtový test pro třídu 2D

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Hra a hry. Václav Vopravil. Teorie kombinatorických her se zabývá abstraktními hrami dvou hráčů. Hra je definována R },

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Úvodní informace. 17. února 2018

Transkript:

11+12 přednáška Některé aplikace derivací 1Věta o aproximaci unkce Nechť je libovolná unkce,která má v nějakém okolí bodu x derivace až do řádu n včetně Potom existuje právě jeden polynom nejvýše n-tého stupně, který je aproximací unkce v bodě x ve tvaru n ( j) ( x ) Tn x) =å ( x- x j! ( j= ) j Poznámka: Polynom T n (x) se nazývá Taylorův polynom n-tého řádu unkce v bodě x Velmi často používáme Taylorův polynom unkce v bodě Z historických důvodů mu říkáme Maclaurinův polynom 2 Rovnice tečny a normály ke grau unkce 3 Věta o monotónnosti unkce 4 Vyšetřování průběhu unkce EXTRÉMY FUNKCE Pro mnohé vědní obory je důležité rozhodnout, pro které hodnoty nezávisle proměnné veličiny nabývá daná unkce extrémů tj maximální resp minimální hodnoty Budeme rozlišovat extrémy buď v okolí určitého bodu - lokální extrémy - nebo v celém deiničním oboru - globální extrémy Funkce má v čísle x lokální maximum, existuje-li okolí čísla ( x) ( ), x Funkce má v čísle x lokální minimum, existuje-li okolí čísla ( x) ( ) ³ x x tak, že xîu ( ) " je d x x tak, že xîu ( ) " je Platí-li v uvedených nerovnostech jen znaménko nerovnosti, hovoříme o ostrém lokálním x x > maximu ( ) < ( ) resp ostrém lokálním minimu ( ) ( ) x Souhrnný název pro lokální maximum a lokální minimum je lokální extrémy x d x Fermatova věta: nutná podmínka existence lokálního extrému Má-li unkce v čísle x lokální extrém a existuje-li ( ), pak ( x ) = x 1

Poznámka: Protože uvedená podmínka je jen podmínkou nutnou, může se stát, že ( x ) =, avšak unkce v tomto bodě extrém nemávěta opačná neplatí! 1 postačující podmínka pro existenci lokálního extrému : Mění-li 1derivace znaménko v okolí stacionárního bodu nebo bodu, v němž neexistuje derivace, potom v tomto bodě nastává extrém Metoda vyšetřování lokextrémů: 1 Najdeme všechny stacionární body dané unkce a body,v nichž neexistuje derivace 2 Vyšetříme, zda v okolí těchto bodů 1derivace mění znaménko; mění-li znaménko z (+) na (-) Þ bod lok maxima mění-li znaménko z (-) na (+) Þ bod lok minima Vyšetřování lok extrémů pomocí 2 derivace Věta: 2 postačující podmínka pro existenci extrému Nechť ( x ) = a nechť existuje ( ) je-li ( ) >, má unkce v je-li ( ) <, má unkce v Potom x x lokální minimum, x lokální maximum Poznámka: Je-li ( x ) =, větu nelze použít Věta: Nechť ( x ) = ( x ) = = ( x ) = a ( n-1) ( n) ( x ) ¹, je-li n sudé, v bodě x je lokální extrém, a to lokálníminimum, je-li lokální maximum, je-li ( n) ( x ) >, ( n) ( x ) <, je-li n liché, v bodě x není lokální extrém Shrnutí: Pokud má daná dierencovatelná unkce nějaký lokální extrém (lokální maximum či minimum), je zřejmé, že její tečna v tomto bodě musí být vodorovná, tzn derivace této unkce musí být v tomto bodě nulová (Pokud unkce v nějakých bodech tečnu, resp derivaci nemá, derivace o takových bodech samozřejmě nic prozradit nedokáže) Pokud v tomto bodě lze spočítat i druhou derivaci, prozradí její znaménko, o jaký extrém se jedná: V bodech, kde je první derivace nula a druhá derivace je kladná, se nachází lokální minimum V bodech, kde je první derivace nula a druhá derivace je záporná, se nachází lokální maximum 2

V bodech, kde je jak první, tak druhá derivace nulová, se nachází tzv stacionární bod, který může a nemusí být extrémem (V bodech, kde unkce nemá první či druhou derivaci, je nutno použít jiná kritéria) Příklad: Najděte extrémy unkce y + 3 2 = x x 3

Konvexnost, konkávnost a inlexe křivek Konvexnost a konkávnost je označení pro změny rychlosti růstu unkce, tzn zakřivení jejího grau Pokud unkce na některém intervalu svůj růst zrychluje (případně zpomaluje svůj pokles), tzn gra je zakřivený směrem nahoru, označuje se zde unkce jako konvexní, naopak, pokud je gra zakřiven směrem dolů (a unkce zpomaluje růst nebo zvyšuje pokles), je zde unkce konkávní Přechod mezi konvexní a konkávní částí grau se označuje jako inlexní bod V inlexním bodě se mění zakřivení grau unkce a tečna grau v tomto bodě gra protíná Na obrázku je unkce konkávní např v intervalu x 1, x2, inlexním bodem je např x 4 Nechť unkce má v čísle x " xî Ud( x ), x¹ x leží bod [ x, ( x) ] nad tečnou x derivaci ( ) Existuje-li d -okolí ( ) ( x ) + ( x ) ( x ) tº y= -, x U d tak, že říkáme, že unkce je konvexní v bodě x Nechť unkce má v čísle x derivaci ( x ) Existuje-li d -okolí U d ( x ) tak, že " xî Ud( x ), x¹ x leží bod [ x, ( x) ] pod tečnou t, říkáme, že unkce je konkávní v bodě x Je-li unkce konvexní (konkávní) ve všech bodech intervalu, je konvexní (konkávní) v tomto intervalu Konvexnost resp konkávnost určíme podle znaménka 2 derivace x 4

Věta: Platí : je-li ( ) >, je unkce v bodě je-li ( ) <, je unkce v bodě x konvexní x konkávní Funkce má v bodě U d x tak, že v levém okolí x je unkce konvexní a v pravém okolí x je konkávní nebo naopak Geometricky to značí, že gra unkce přechází z polohy nad tečnou do polohy pod tečnou nebo naopak x inlexní bod, existuje-li ( ) Poznámka: Má-li unkce druhou derivaci, pak inlexní bod může být jen v bodě, kde 4 Podmínka je nutná, není postačující, neboť např unkce y= x v x má ( ) = ( ) = y, avšak v bodě x je konvexní = Věta: postačující podmínka pro existenci inlexního bodu Má-li unkce v bodě x druhou derivaci rovnou ( ( x ) = ), přičemž v levém okolí bodu x má jiné znaménko než v pravém okolí bodu x, pak má v bodě x inlexní bod Poznámka: Inlexní bod může nastat také v bodě, v němž 1 derivace je nevlastní (tečna je rovnoběžná s osou y) V tomto bodě neexistuje druhá derivace, avšak unkce se mění z konvexní na konkávní nebo obráceně Asymptoty Asymptota (asymptotická přímka) křivky je taková přímka, jejíž vzdálenost od křivky se s rostoucí souřadnicí limitně zmenšuje Pomocí asymptot můžeme zkoumat chování grau unkce v nevlastních bodech a v okolí bodů nespojitosti 2druhu 5

1 Asymptoty bez směrnice (rovnoběžné s osou y) Je-li lim ( x) = ± nebo ( x) = ± x x + unkce ( x) lim je přímka o rovnici x= x asymptotou grau x x - Asymptoty tohoto druhu mohou být jen v bodech nespojitosti unkce nebo ve vlastních koncových bodech jejího deiničního oboru 2 Asymptoty se směrnicí Přímka y = kx+ q je asymptotou grau unkce y= ( x), jestliže existují vlastní limity k ( x) = lim a q= [ ( x) - k x] x x lim (analogicky pro x - ) x Průběh unkce Vyšetřováním průběhu unkce rozumíme zjištění níže uvedených vlastností, které umožní nakreslení grau unkce Postup při vyšetřování průběhu unkce : 1 Určíme D() a obor hodnot 2 Vyšetříme, zda je sudá, lichá, periodická 3 Určíme jednostranné limity v bodech nespojitosti, případně v krajních bodech deiničních intervalů, a vyšetříme chování unkce v okolí těchto bodů 4 Stanovíme průsečíky s osami 5 Určíme intervaly monotónnosti a stacionární body (pomocí ( x) ) 6 Určíme body, v nichž nastávají lokální extrémy 7 Stanovíme inlexní body a intervaly, kde je unkce konkávní či konvexní 8 Vypočítáme rovnice asymptot se směrnicí (asymptoty bez směrnice viz bod 3) 9 Vypočítáme souřadnice několika určitých bodů na křivce a nakreslíme gra Postup při náčrtku grau: 1) osy x,y; 2) asymptoty bez směrnice; 3) asymptoty se směrnicí; 4) vyznačíme průsečíky s osami; 5) body, v nichž nastává extrém; 6) inlexní body 7) doplnit body z tabulky (bod 9) Příklad: Vyšetřujme průběh unkce y= x ln x 6

Fyzika Jednoznačně nejdůležitější oblastí použití derivace ve yzice jsou derivace podle časové proměnné, vyjadřující rychlost změny nějaké proměnné v čase Nejběžnější pak jsou časové derivace polohy, které se vyskytují v klasické kinematice: Rychlost (okamžitá rychlost, koncept průměrné rychlosti se obejde bez dierenciálního počtu) je derivace souřadnice polohy tělesa podle času Zrychlení je derivace rychlosti podle času, tzn druhá derivace polohy podle času Ryv je derivace zrychlení podle času, tzn třetí derivace polohy podle času Kromě těchto základních pojmů se derivace objevují v mnoha teoriích yzikálních polí, Maxwellových rovnicích atd 7