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

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

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.

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

LOKÁLNÍ A GLOBÁLNÍ EXTRÉMY FUNKCÍ A JEJICH UŽITÍ

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

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

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.

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

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

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Digitální učební materiál

LOKÁLNÍ EXTRÉMY. LOKÁLNÍ EXTRÉMY (maximum a minimum funkce)

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Zlín, 23. října 2011

Rovnice a nerovnice v podílovém tvaru

Digitální učební materiál

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

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Stručný přehled učiva

Mocninná funkce: Příklad 1

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

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

Derivace a monotónnost funkce

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

Digitální učební materiál

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

verze 1.4 Ekvivalentní podmínkou pro stacionární bod je, že totální diferenciál je nulový

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

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

Poznámka: V kurzu rovnice ostatní podrobně probíráme polynomické rovnice a jejich řešení.

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

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

Digitální učební materiál

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

= 2x + y, = 2y + x 3. 2x + y = 0, x + 2y = 3,

Zkouška ze Aplikované matematiky pro Arboristy (AMPA), LDF, minut. Součet Koeficient Body. 4. [10 bodů] Integrální počet. 5.

Aplikace derivace a průběh funkce

7.1 Extrémy a monotonie

Obsah. Metodický list Metodický list Metodický list Metodický list

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Rovnice v oboru komplexních čísel

5. Lokální, vázané a globální extrémy

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

Matematika B 2. Úvodní informace

Digitální učební materiál

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

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

EXPONENCIÁLNÍ ROVNICE

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

Aplikace derivace ( )

Vlastní (charakteristická) čísla a vlastní (charakteristické) Pro zadanou čtvercovou matici A budeme řešit maticovou

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Digitální učební materiál

{ } 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. Výkon střídavého proudu I VY_32_INOVACE_F0217.

Řešení 1b Máme najít body, v nichž má funkce (, ) vázané extrémy, případně vázané lokální extrémy s podmínkou (, )=0, je-li: (, )= +,

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, )

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

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

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

MATEMATIKA I - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Šablona 10 VY_32_INOVACE_0106_0110 Rovnice s absolutní hodnotou

FUNKCE NEPŘÍMÁ ÚMĚRNOST A LINEÁRNÍ LOMENÁ FUNKCE

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

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

DIFERENCIÁLNÍ POČET SPOJITOST FUNKCE,

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

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Extrémy funkce dvou proměnných

CZ.1.07/1.5.00/

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

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

ROVNICE A NEROVNICE. Lineární rovnice s absolutní hodnotou II. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M1r0107

Zvyšování kvality výuky technických oborů

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

ANALYTICKÁ GEOMETRIE HYPERBOLY

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

Základy matematiky pro FEK

verze 1.3 x j (a) g k 2. Platí-li vztahy v předchozím bodu a mají-li f, g 1,..., g s v a diferenciál K = f + j=1

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

Matematika I. dvouletý volitelný předmět

OPERACE S KOMBINAČNÍMI ČÍSLY A S FAKTORIÁLY, KOMBINACE

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).

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

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Algebraické rovnice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Ohraničenost kořenů a jejich. Aproximace kořenů metodou půlení intervalu.

GONIOMETRICKÉ FUNKCE

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

1.1 Příklad z ekonomického prostředí 1

ÚLOHY DIFERENCIÁLNÍHO A INTEGRÁLNÍHO POČTU S FYZIKÁLNÍM NÁMĚTEM

Význam a výpočet derivace funkce a její užití

MATEMATIKA A Metodický list č. 1

Zvyšování kvality výuky technických oborů

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 výpočet lokálních extrémů VY_32_INOVACE_M0216 Matematika 4. ročník vyššího gymnázia Jaroslav Hajtmar Datum vytvoření: 24.11.2013 Datum ověření ve výuce: 4.12.2013 Druh učebního materiálu: Očekávaný výstup: Metodické poznámky: pracovní list Na základě předložených vztahů zvládne určovat stacionární body a počítat lokální extrémy funkcí. Materiál je určen k motivaci a procvičení učiva o derivacích. Může být použit k získání klasifikace.

Aplikace derivací zjišťování lokálních extrémů funkce Ve 2. ročníku jsme se učili definici lokálních extrémů (resp. ostrých l.e.) minima a maxima. y y = f (x) y y = f (x) f (x 0 ) f (x 0 ) x 1 O x 0 x O x 0 x 1 x O(x 0 ) O(x 0 ) a) b) y y = f (x) y y = f (x) f (x 0 ) O x 0 x 1 x O x 0 x 1 x 2 x O(x 0 ) O(x 0 ) Připomeňme si úvahy z minulých hodin, které se týkají derivace funkce, závislosti monotonnosti funkce na znaménku první derivace, připomeňme si pojem tzv. stacionárních bodů a vzpomeňme na tzv. nutnou a postačující podmínky pro existenci lokálního extrému na daném intervalu. V bodě x 0 je tzv. stacionární bod, je-li v tomto bodě f (x 0 ) = 0. Nutná podmínka pro lokální extrémy spojité funkce na otevřeném intervalu: Lokální extrém může nastat jen v těch bodech otevřeného intervalu, v nichž je první derivace nulová nebo v nichž první derivace neexistuje. Postačující podmínka existence lokálního extrému spojité funkce na otevřeném intervalu: Lokální extrémy nastávají pouze v bodech v nichž se mění znaménko první derivace. Lok. maximum nastává v bodě, kde se mění znaménko 1. derivace z + na, lok. minimum v bodě, kde se mění znaménko z na +.

Postup při hledání lokálních extrémů a maximálních intervalů ryzí monotonie: 1. Určíme D(f ). 2. Vypočítáme f a D(f ). 3. Určíme na D(f ) stacionární body (řešíme rovnici f = 0) a body v nichž neexistuje f. Tyto body jsou podezřelé z toho, že v nich nachází extrém. 4. Tyto body zakreslíme do harmonogramu pro zjišťování znaménka 1. derivace a následně pomocí něj zjistíme znaménko první derivace na jednotlivých podintervalech. 5. Zjistíme, zda a jakým způsobem se v podezřelých bodech mění znaménko 1. derivace a podle toho určíme druh extrému. POZOR! Ve stacionárním bodě extrém nastat může, ale také nemusí (viz funkce y = x 3, která má v bodě x 0 = 0 sice stacionární bod, ale extrém v něm nenastává). Stejně tak může ale nemusí nastat extrém v bodě, v němž 1. derivace neexistuje. Pokud nelze nalézt stacionární bod klasickým řešením rovnice f = 0, používáme Cauchy-Bolzanovu větu (pokud u spojité funkce na uzavřeném ohraničeném intervalu a, b platí f (a) f (b) < 0, pak na tomto intervalu existuje alespoň jeden nulový bod funkce f ). Numerickými metodami (např. půlení intervalu) lze případné nulové body najít aspoň přibližně. Příklad 1: Najděte lokální extrémy a intervaly monotonnosti funkce f : y = 12x 5 15x 4 40x 3 + 60.

Řešení 1: Rešení. 1. D(f ) = R. 2. Vypočteme f a D(f ): f (x) = 60x 4 60x 3 120x 2, D(f ) = R. 3. Určíme intervaly, na nichž je f kladná, resp. záporná: a) Nulové body f : f (x) = 0 60x 4 60x 3 120x 2 = 0. Jedná se o algebraickou rovnici čtvrtého stupně, která má čtyři kořeny (obecně komplexní, počítáno s násobností). Ovšem při řešení těchto příkladů hledáme pouze reálná řešení, nebot chceme najít stacionární body, tedy body z definičního oboru funkce f (a ten je pro každou funkci podmnožinou R). Rovnici upravíme na tvar: 60x 2 (x 2 x 2) = 0 60x 2 = 0 nebo x 2 x 2 = 0. Vyřešením rovnice 60x 2 = 0 dostaneme dvojnásobný kořen x 1,2 = 0 a vyřešením rovnice x 2 x 2 = 0 obdržíme další dva kořeny x 3,4 = 1 ± { 1 + 8 = 1 ± 3 2, = 2 2 1. Všechny kořeny jsou reálné. Stacionární body tudíž jsou x 1,2 = 0, x 3 = 2 a x 4 = 1. b) D(f ) rozdělíme nulovými body f na disjunktní intervaly: (, 1), ( 1, 0), (0, 2), (2, ). c) V každém z dílčích intervalů zvolíme jeden bod a v něm určíme znaménko funkce f. Body zvolíme např. takto: 2, 1 2, 1, 3. Pak f ( 2) = 960 > 0, f ( 1 ) = 75 2 4 < 0, f (1) = 120 < 0, f (3) = 2160 > 0. Tedy dle Cauchyovy-Bolzanovy věty je f na intervalech ( 1, 0) a (0, 2) záporná a na intervalech (, 1) a (2, ) kladná. 4. Intervaly monotonie a lokální extrémy. Dle věty 9.1 je funkce f na intervalu (, 1) rostoucí, na intervalech ( 1, 0) a (0, 2) klesající a na intervalu (2, ) opět rostoucí. Funkce f má tedy v bodě x 4 = 1 ostré lokální maximum a v bodě x 3 = 2 ostré lokální minimum. V bodě x 1,2 = 0 lokální extrém nemá. Vypočteme funkční hodnoty v bodech lokálních extrémů. Vyjde f ( 1) = 73, f (2) = 116. Znaménka derivace a monotonii na příslušných intervalech můžeme zakreslit nad číselnou osu f : nebo zapsat do tabulky: + + 11 0 2 max min (, 1) 1 ( 1, 0) 0 (0, 2) 2 (2, ) f + 0 0 0 + f lok. max. lok. min. 5. Závěr: Funkce f je rostoucí intervalech (, 1, 2, ) a klesající na intervalu 1, 2 (vzhledem ke spojitosti v bodě 0 jsme intervaly mohli sjednotit). Funkce f má tedy v bodě x 4 = 1 ostré lokální maximum a v bodě x 3 = 2 ostré lokální minimum.

Výsledek předchozí úlohy můžete nyní konfrontovat s grafem funkce: Podle předchozích návodů hledejte lokální extrémy následujících funkcí: Úloha 1. y = x 2 x+3 Úloha 2. y = x+2 x Úloha 3. y = xe x 2

Úloha 4. y = x 2 ln x Úloha 5. y = x 2 sin x. Hledejte extrémy na intervalu (0, 2π) Úloha 6. y = 1 x ln 1 x

Výsledky úloh 1. M i [0, 0], M a [ 6, 12] 2. M i [2, 2 2] 3. M i [ 1 2 2e ], M a [ 1 1 2 2e 4. M i [ e, e] 5. M i pro x = π 3, M a pro x = 5π 3 6. M i [e, 1 e ]

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