Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Diferenciální počet VY_32_INOVACE_M0217.

Podobné dokumenty
Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Diferenciální počet VY_32_INOVACE_M0216.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet. Substituce v určitém integrálu VY_32_INOVACE_M0311

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Analytická geometrie. Hyperbola VY_32_INOVACE_M0119.

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

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

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

Konvexnost, konkávnost

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0307. Matematika

Stručný přehled učiva

Zlín, 23. října 2011

Digitální učební materiál

Základy matematiky pro FEK

LOKÁLNÍ EXTRÉMY. LOKÁLNÍ EXTRÉMY (maximum a minimum funkce)

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

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, )

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Digitální učební materiál

LOKÁLNÍ A GLOBÁLNÍ EXTRÉMY FUNKCÍ A JEJICH UŽITÍ

Monotonie a lokální extrémy. Konvexnost, konkávnost a inflexní body. 266 I. Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

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

7.1 Extrémy a monotonie

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

Rovnice a nerovnice v podílovém tvaru

Aplikace derivace a průběh funkce

Matematika B 2. Úvodní informace

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

2. spojitost (7. cvičení) 3. sudost/lichost, periodicita (3. cvičení) 4. první derivace, stacionární body, intervaly monotonie (10.

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Aplikace derivace ( )

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

Digitální učební materiál

1.1 Příklad z ekonomického prostředí 1

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

ANALYTICKÁ GEOMETRIE HYPERBOLY

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Digitální učební materiál

DIFERENCIÁLNÍ POČET SPOJITOST FUNKCE,

Matematika 2 Průběh funkce

Derivace a monotónnost funkce

Označení derivace čárkami, resp. římskými číslicemi, volíme při nižším řádu derivace, jinak užíváme horní index v závorce f (5), f (6),... x c g (x).

Funkce. Logaritmická funkce. Mgr. Tomáš Pavlica, Ph.D. Digitální učební materiály, Gymnázium Uherské Hradiště

Zvyšování kvality výuky technických oborů

ANALYTICKÁ GEOMETRIE PARABOLY

MATEMATIKA B. Lineární algebra I. Cíl: Základním cílem tohoto tématického celku je objasnit některé pojmy lineární algebry a

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Ohmův zákon I VY_32_INOVACE_F0204. Fyzika

FUNKCE NEPŘÍMÁ ÚMĚRNOST A LINEÁRNÍ LOMENÁ FUNKCE

Projekt ŠABLONY NA GVM Gymnázium Velké Meziříčí registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

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

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Výkon střídavého proudu I VY_32_INOVACE_F0217.

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

14. Monotonnost, lokální extrémy, globální extrémy a asymptoty funkce

Výsledky Př.1. Určete intervaly monotónnosti a lokální extrémy funkce a) ( ) ( ) ( ) Stacionární body:

Matematická analýza III.

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Derivace vyšších řádů, aplikace derivací

Přednáška z MA. Michal Tuláček 16. prosince IV.7 Průběhy funkce 3. 2 Vyšetřování průběhu funkce- KUCHAŘKA 4

Mocninná funkce: Příklad 1

MATEMATIKA A Metodický list č. 1

Aplikační úlohy z diferenciálního počtu jedné proměnné

MATEMATIKA B 2. Metodický list č. 1. Název tématického celku: Význam první a druhé derivace pro průběh funkce

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Výpočty v elektrických obvodech VY_32_INOVACE_F0208.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Ohmův zákon II VY_32_INOVACE_F0205. Fyzika

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Název: Práce s parametrem (vybrané úlohy)

Funkce. RNDR. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Definiční obor funkce, obor hodnot funkce. Funkce. Mgr. Tomáš Pavlica, Ph.D. Gymnázium Uherské Hradiště. Digitální učební materiály,

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Vyšetřování průběhu funkcí v programu GeoGebra

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Zvyšování kvality výuky technických oborů

{ } Ox ( 0) 4.2. Konvexnost, konkávnost, inflexe. Definice Obr. 52. Poznámka. nad tečnou

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Kondenzátor, kapacita VY_32_INOVACE_F0213. Fyzika

ANALYTICKÁ GEOMETRIE ELIPSY

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Digitální učební materiál

Digitální učební materiál

Otázku, kterými body prochází větev implicitní funkce řeší následující věta.

MASARYKOVA UNIVERZITA. Řešené příklady na extrémy a průběh funkce se zaměřením na ekonomii

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Změny skupenství látek - tání, tuhnutí VY_32_INOVACE_F0114.

ÚLOHY DIFERENCIÁLNÍHO A INTEGRÁLNÍHO POČTU S FYZIKÁLNÍM NÁMĚTEM

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

Bakalářská matematika I

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

4. Určete definiční obor elementární funkce g, jestliže g je definována předpisem

Funkce. Mocninné funkce. Mgr. Tomáš Pavlica, Ph.D. Digitální učební materiály, Gymnázium Uherské Hradiště.

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

, f g jsou elementární funkce.

1 Množiny, výroky a číselné obory

Šablona 10 VY_32_INOVACE_0106_0110 Rovnice s absolutní hodnotou

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: MATEMATIKA ČTVRTÝ VĚRA JÜTTNEROVÁ Název zpracovaného celku: DERIVACE ZÁKLADNÍ A SLOŽENÉ FUNKCE

Transkript:

Vzdělávací materiál vytvořený v projektu OP VK Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20 Číslo projektu: Název projektu: Číslo a název klíčové aktivity: CZ.1.07/1.5.00/34.0211 Zlepšení podmínek pro výuku na gymnáziu III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Anotace Název tematické oblasti: Název učebního materiálu: Číslo učebního materiálu: Vyučovací předmět: Ročník: Autor: Diferenciální počet Aplikace derivací konvexnost a konkávnost VY_32_INOVACE_M0217 Matematika 4. ročník vyššího gymnázia Jaroslav Hajtmar Datum vytvoření: 27.11.2013 Datum ověření ve výuce: 5.12.2013 Druh učebního materiálu: Očekávaný výstup: Metodické poznámky: pracovní list Na základě předložených vztahů zvládne určovat intervaly na nichž je funkce konvexní resp. konkávní a dále zjišťovat inflexní body. Materiál je určen k motivaci a procvičení učiva o derivacích. Může být použit k získání klasifikace.

Aplikace derivací vyšetřování konvexnosti a konkávnosti funkce S pojmem konvexnosti resp. konkávnosti funkce jsme se zatím nesetkali. V minulých hodinách jsme se naučili vyšetřovat monotonii dané funkce a určovat, ve kterých bodech funkce nabývá lokálních extrémů. To spolu se znalostí definičního oboru, spojitosti, příp. sudosti, lichosti a periodičnosti umožňuje vytvořit si hrubou představu o grafu této funkce. Nyní se naučíme rozhodnout o tom, zda je graf funkce mezi dvěma body prohnutý dolů nebo nahoru. Celou situaci si představíme na dvou obrázcích. Zvolme na nějakém intervalu I D(f ) tři body x 1 ; x 2 ; x 3, pro něž je x 1 < x 2 < x 3 a sestrojme sečnu s grafu funkce f, která prochází krajními body Q 1 [x 1, f (x 1 )] a Q 3 [x 3, f (x 3 )]. Zkoumejme nyní, zda bod o souřadnicích Q 2 [x 2, f (x 2 )] leží nad sečnou anebo pod sečnou. Pokud bod Q 2 leží pod sečnou pro libovolnou volbu tří bodů x 1 < x 2 < x 3 z intervalu I, pak říkáme, že funkce f je na intervalu I ryze konvexní. Pokud bod Q 2 leží naopak nad sečnou, říkáme, že funkce f je na intervalu I ryze konkávní. y Q 3 y = f (x) y = s(x) y Q 2 Q 1 Q 2 x 1 x 2 x 3 x Q 1 y = f (x) Q 3 y = s(x) x 1 x 2 x 3 x Graf je pod sečnou funkce je ryze konvexní na intervalu I Graf je nad sečnou funkce je ryze konkávní na intervalu I Bod v němž se mění konvexnost v konkávnost resp. naopak konkávnost v konvexnost se nazývá inflexní bod, resp. říkáme, že funkce má v tomto bodě tzv. inflexi. V inflexním bodě musí existovat tečna ke grafu funkce tedy musí v tomto bodu existovat derivace funkce. y y = f (x) y y = f (x) f (x 0 ) f (x 0 ) O x 0 t x t O x 0 x Pojmy ryzí konvexnost, ryzí konkávnost a inflexní bod souvisí s vlastnostmi druhé derivace. Ukazuje to následující věta:

Nechť funkce f : y = f (x) má na intervalu (a, b), a, b R druhou derivaci. Jestliže x (a, b) platí, že : a) f (x) > 0, pak je f na (a, b) ryze konvexní. b) f (x) < 0, pak je f na (a, b) ryze konkávní. c) f (x 0 ) = 0 v nějakém Ωbodě na x 0 (a, b), a v bodě x 0 dochází ke změně znaménka druhé derivace (tj. mění se konvexnost v konkávnost nebo naopak), pak má funkce v bodě x 0 ff inflexi. Prostudujte obrázky, abyste získali představu o konvexnosti, konkávnosti a inflexích Φ Ψ a b a b a b ryze konvexní konvexní konvexní i konkávní a b a b není konvexní není konvexní fly P Mezi oblouky není inflexe, přestože se ve zlomovém bodě mění znaménko Ukázka existence inflexe v bodě P. Tečnu v 2. derivace. Ve zlomovém bodě lze sestrojit pouze jednostranné tečny. tomto bodě lze sestrojit (f (0) = + ). x

Postup při hledání maximálních intervalů konvexnosti resp. konkávnosti a inflexních bodů: Postup je značně podobný postupu pro hledání lokálních extrémů: 1. Určíme D(f ). 2. Vypočítáme f a D(f ) a f a D(f ). 3. Určíme na D(f ) body v nichž je nulová druhá derivace (řešíme rovnici f = 0) a body v nichž neexistuje vlastní derivace f. Tyto body jsou podezřelé z toho, že v nich nachází inflexe. 4. Tyto body zakreslíme do harmonogramu pro zjišťování znaménka 2. derivace a následně zjistíme znaménko druhé derivace na jednotlivých podintervalech. 5. Podle znamének vyčtených z harmonogramu určíme, zda je funkce na daném podintervalu konvexní či konkávní. 6. Z harmonogramu dále vyčteme, v kterých bodech dochází ke změně znaménka 2. derivace a podle toho určíme, zda je v daném bodě inflexe či nikoliv. POZOR! V bodě x 0 pro v němž je f (x 0 ) = 0 inflexe nastat může, ale také nemusí (viz funkce y = x 2, která má v bodě x 0 = 0 nulovou druhou derivaci, ale inflexe v něm nenastává). Stejně tak může ale nemusí nastat inflexe v bodě, v němž neexistuje vlastní 2. derivace. Pokud nelze nalézt klasické řešení rovnice f = 0, používáme opět Cauchy-Bolzanovu větu a numerické metody pro nalezení alespoň přibližného řešení.

Příklad 1: Je dána funkce f : y = x 4 2x 3 12x 2 +7x 3. Najděte maximální intervaly na nichž je funkce konvexní nebo konkávní. Dále nalezněte všechny inflexní body. Řešení 1: 1. Určíme definiční obor: D(f ) = R. 2. Vypočteme první derivaci a její definiční obor: f (x) = 4x 3 6x 2 24x + 7, D(f ) = D(f ). 3. Vypočteme druhou derivaci a její definiční obor: f (x) = 12x 2 12x 24, D(f ) = D(f ). 4. Určíme intervaly, na nichž je f kladná, resp. záporná. a) Určíme nulové body f, tj. řešíme rovnici f (x) = 0. f (x) = 0 12(x 2 x 2) = 0 x 1 = 1, x 2 = 2. b) D(f ) rozdělíme nulovými body f na disjunktní intervaly: (, 1), ( 1, 2), (2, ).

c) Vybereme z každého intervalu jeden bod, např. 2, 0 a 3, a určíme znaménko f v tomto bodě. f ( 2) = 48 > 0, f (0) = 24 < 0, f (3) = 48 > 0. Tudíž dle Cauchyovy-Bolzanovy věty je funkce f kladná na intervalech (, 1) a (2, ) a záporná na intervalu ( 1, 2). 5. Dle věty 9.28 je tedy funkce f ryze konvexní na intervalech (, 1), (2, ) a ryze konkávní na intervalu ( 1, 2). Body x 1 = 1, x 2 = 2 jsou inflexními body funkce f. Znaménka druhé derivace a konvexnost resp. konkávnost na příslušných intervalech můžeme vyznačit nad číselnou osu nebo do tabulky. Přitom oblouček bude značit ryze konvexní část funkce a oblouček ryze konkávní část funkce f. Plus a minus označuje znaménko druhé derivace. Tabulka: f : + + 11 2 inf inf (, 1) 1 ( 1, 2) 2 (2, ) f + 0 0 + f inf. inf. 6. Závěr: Vzhledem ke spojitosti funkce na R platí, že funkce f je ryze konvexní na intervalech (, 1, 2, ) a ryze konkávní na intervalu 1, 2. Body x 1 = 1, x 2 = 2 jsou inflexními body funkce f. Výsledek úlohy můžete nyní konfrontovat s grafem funkce f na následující straně: Podle předchozího návodu určete maximální intervaly konvexnosti resp. konkávnosti a dále určete body, v nichž má funkce případné inflexe.

Úloha 1. y = x (1 x) 2 Úloha 2. y = 3x 5 5x 4 + 4

Úloha 3. y = x 4 + 2x 3 12x 2 5x + 2 Úloha 4. y = x 2 1 + 3 x 2 Úloha 5. y = x + 1 x 2

Úloha 6. y = x 1+x 2 Úloha 7. y = x e x2 2 Úloha 8. y = x ln x

Výsledky úloh Označení: Pro konkávní funkci budeme používat symbol, pro konvexní symbol. 1. (, 2 3 ), ( 2 3, + ), inflexe x 1 = 2 3 2. (, 1), (1, + ), inflexe x 1 = 1 3. (, 2), (1, + ), ( 2, 1), inflexe x 1 = 2, x 2 = 1 4. (, 1 1, + ), ( 1 1,2 = ± 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 5. (, 0), (0, + ), 6. ( 3, 0), ( 3, + ), (, 3), (0, 3), inflexe x 1,2 = ± 3, x 3 = 0 7. ( 3, 0), ( 3, + ), (, 3), (0, 3), inflexe x 1,2 = ± 3, x 3 = 0 8. (0, + ),

Použité materiály a zdroje Petáková, RNDr. Jindra. Matematika: Příprava k maturitě a k přijímacím zkouškám na vysoké školy. Dotisk 1.vydání. Praha: Prometheus, 2003. 303 s. ISBN 8071960993. Tomica, R. Cvičení z matematiky I. Brno: VAAZ, 1974. Kuben J., Šarmanová P., Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné [online]. 2013 [cit. 2013-04-15]. File: dp.pdf. Dostupný z WWW: <http://homel.vsb.cz/~s1a64/cd/pdf/print/dp.pdf>. FSI matematika online, Studijní text [online]. 2013 [cit. 2013-04-15]. File: Monotonnost-extremy.pdf. Dostupný z WWW: <http://mathonline.fme.vutbr.cz/download.aspx?id_file=921>. Archiv autora