Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Podobné dokumenty
Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

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

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, )

7.1 Extrémy a monotonie

Zlín, 23. října 2011

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Aplikace derivace a průběh funkce

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

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

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

Derivace a monotónnost funkce

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

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Základy matematiky pro FEK

Stručný přehled učiva

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

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

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

LOKÁLNÍ EXTRÉMY. LOKÁLNÍ EXTRÉMY (maximum a minimum funkce)

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

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

Digitální učební materiál

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

MATEMATIKA I - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

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).

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

Matematika 2 Průběh funkce

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

Definice derivace v bodě

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

Mocninná funkce: Příklad 1

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

LOKÁLNÍ A GLOBÁLNÍ EXTRÉMY FUNKCÍ A JEJICH UŽITÍ

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

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

1.1 Příklad z ekonomického prostředí 1

Matematika B 2. Úvodní informace

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

D(f) =( 1, 1) [ ( 1, 1) [ (1, 1). 2( x)3 ( x) 2 1 = 2(x) 3. (x) 2 1 = f(x) Funkce je lichá, není periodická

Aplikační úlohy z diferenciálního počtu jedné proměnné

Rolleova věta. Mějme funkci f, která má tyto vlastnosti : má derivaci c) f (a) = f (b). a) je spojitá v a, b b) v každém bodě a,b

PRŮBĚH FUNKCE - CVIČENÍ

22. & 23. & 24. Vlastnosti funkcí a jejich limita a derivace

Derivace a průběh funkce příklady z písemných prací

Konvexnost, konkávnost

1 Množiny, výroky a číselné obory

DIFERENCIÁLNÍ POČET SPOJITOST FUNKCE,

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

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Užití derivací. x, x a, b : x x f x f x MATA P12. Funkce rostoucí a klesající: Definice rostoucí a klesající funkce

Seminární práce z matematiky

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 17. února ( sin (π 2 arctann) lim + 3. n 2. π 2arctan n. = lim + 3.

10. cvičení - LS 2017

Bakalářská matematika I

PRŮBĚH FUNKCE JEDNÉ REÁLNÉ PROMĚNNÉ

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

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

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

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Derivace vyšších řádů, aplikace derivací

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

2. Ur íme sudost/lichost funkce a pr se íky s osami. 6. Na záv r na rtneme graf vy²et ované funkce. 8x. x 2 +4

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

1. Písemka skupina A...

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

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

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.

f( x) x x 4.3. Asymptoty funkce Definice lim f( x) =, lim f( x) =, Jestliže nastane alespoň jeden z případů

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Význam a výpočet derivace funkce a její užití

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

Aplikace derivace ( )

soubor FUNKCÍ příručka pro studenty

MATEMATIKA A Metodický list č. 1

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek (2015)

Univerzita Karlova v Praze Pedagogická fakulta

Matematika I pracovní listy

Matematická analýza 1, příklady na procvičení (Josef Tkadlec, )

13. DIFERENCIÁLNÍ A INTEGRÁLNÍ POČET

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

Ukázka závěrečného testu

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Průběh funkce jedné proměnné

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

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Použití derivací L HOSPITALOVO PRAVIDLO POČÍTÁNÍ LIMIT. Monotónie. Konvexita. V této části budou uvedena některá použití derivací.

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

, f g jsou elementární funkce.

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

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 4. února 2009

Použití derivací. V této části budou uvedena některá použití derivací. LEKCE08-PRU. Použití derivací. l Hospital

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 26. ledna x. x 1 + x dx. q 1. u = x = 1 u2. = 1 u. u 2 (1 + u 2 ) (1 u 2 du = 2.

Transkript:

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné 1

4. Derivace funkce 4.3. Průběh funkce 2

Pro přesné určení průběhu grafu funkce je třeba určit bližší vlastnosti funkce. Monotónnost funkce Funkce monotónní = funkce rostoucí nebo klesající. Monotónnost funkce lze zjistit pomocí 1. derivace funkce. Má-li funkce f v každém bodě intervalu ( a,b ) kladnou 1.derivaci f x v tomto intervalu rostoucí. > 0, je Má-li funkce f v každém bodě intervalu ( a,b ) zápornou 1.derivaci f x v tomto intervalu klesající. < 0 je Př. Určete intervaly monotónnosti funkce f: y = x 3 3 x y y = 3x 2 3 y > 0 y < 0 3x 2 3 > 0 3x 2 3 < 0 x 2 > 1 x 2 < 1 x > 1 x < 1 Funkce je rostoucí v intervalech, 1 a 1, + a klesající v intervalu 1, 1. -1 0 1 x 3

Př. Určete intervaly monotónnosti funkce f: y = x 3 12 x y = 3x 2 12 y > 0 y < 0 3x 2 12 > 0 x 2 > 4 x > 2 3x 2 12 < 0 x 2 < 4 x < 2 Funkce je rostoucí v intervalech, 2 a 2, + a klesající v intervalu 2, 2. Pozn.: Vzhledem ke spojitosti funkce f: y = x 3 12 x je tato funkce rostoucí i v intervalech, 2 a 2, + a klesající v intervalu 2, 2. Př. Určete intervaly monotónnosti funkce f: y = 3x 4 8 x 3 48 x 2 y = 12x 3 24x 2 96x y > 0 y < 0 12x. x 2 2x 8 > 0 x. x 4. x + 2 > 1 - - x. x 4. x + 2 < 1 + + + + + + -2-0 - 4 - Funkce je rostoucí v intervalech 2,0 a 4, + a klesající v intervalech, 2 a 0,4. 4

Extrémy funkce Extrémy funkce = maximum (největší hodnota funkce) nebo minimum (nejmenší hodnota funkce) na dané množině. Extrémy funkce lze zjistit pomocí 1. derivace funkce. a y T 2 x 1 x 3 x 4 x 2 T 1 0 T 4 T 3 b x Funkce je definována v intervalu a, b : - v bodech x 1, x 2, x 3, x 4 nabývá funkce lokální ( místní ) extrémy. V bodech T 1, T 2, T 3, T 4 jsou tečny rovnoběžné s osou x, tzn. mají směrnici tečny k T = 0 Má-li funkce f v bodě x 0 lokální extrém a existuje-li v tomto bodě derivace f (x 0 ), pak platí: f x 0 = 0 Absolutní extrémy (globální maximum nebo minimum) funkce definované v intervalu a, b hledáme tak, že porovnáme funkční hodnoty v lokálních extrémech a funkční hodnoty f(a), f(b) a vybereme největší, resp. nejmenší. 5

Stacionární body Má-li funkce y = f x v bodě x 0 derivaci a je-li f x 0 = 0, pak bod x 0 nazýváme nulovým bodem 1. derivace nebo také stacionárním bodem funkce f. Stacionární body jsou řešením rovnice f x 0 = 0. V těchto bodech funkce může, ale nemusí mít lokální extrém. Př. Určete stacionární body funkce f: y = 3x 4 4x 3 v intervalu, +. f x 0 = 12 x 3 12x 2 = 0..stacionární body x 1 = 0, x 2 = 1 0 y 1 x v bodě x 2 = 1 má funkce lokální minimum, v bodě x 1 = 0 nemá funkce lokální minimum. Podmínka pro existenci lokálního extrému : f x > 0 f x < 0 f x < 0 f x > 0 f x > 0 f x > 0 f x < 0 f x < 0 x 0 x 0 lokální maximum lokální minimum není lokální minimum ani maximum x 0 x 0 6

Př. Určete lokální extrémy funkce f: y = x 2 + 2x + 3 v intervalu, +. f x 0 = 2x + 2 = 0..stacionární bod x 1 = 1 f x 0 > 0 1 f x 0 < 0 v bodě x = 1 má funkce lokální maximum Př. Určete stacionární body funkce f: y = 3x 2 2x 3 v intervalu, +. f x 0 = 6x 6x 2..stacionární body x 1 = 0, x 2 = 1 f x 0 < 0 0 1 f x 0 > 0 f x 0 < 0 v bodě x = 1 má funkce lokální maximum v bodě x = 0 má funkce lokální minimum 7

Extrémy funkce a 2.derivace V předchozím článku jsme určovali lokální extrémy funkce pomocí znamének 1.derivace kolem stacionárních bodů. Nyní si ukážeme, jak určit extrémy funkce pomocí 2.derivace. Nechť f x 0 = 0 a nechť existuje v bodě x 0 druhá derivace. Je-li f x 0 < 0, má funkce f v bodě x 0 lokální maximum. Je-li f x 0 > 0, má funkce f v bodě x 0 lokální minimum. Pozn.: je-li f x 0 = 0, nelze o existenci lokálního extrému rozhodnout. Př. Vyšetřete lokální extrémy funkce f: y = x 3 3x 2 y = 3x 2 6x stacionární body: 3x 2 6x = 0 x 1 = 0, x 2 = 2 y = 6x 6 pro bod x 1 = 0 dostáváme y 0 = 6 < 0 lokální maximum pro bod x 2 = 2 dostáváme y 2 = 6 > 0 lokální minimum 8

Určení globálních extrémů funkce v intervalu, který není uzavřený. Př. Vyšetřete globální extrémy funkce f: y = x 3 12x + 20 v intervalu 5; 5 stacionární body: y = 3x 2 12 = 3. x 2 4 = 0 x 1 = 2, x 2 = 2 lokální extrémy funkce: y = 6x pro bod x 1 = 2 dostáváme y 2 = 12 < 0 ostré lokální maximum, s hodnotou f 2 = 36 pro bod x 2 = 2 dostáváme y 2 = 12 > 0 ostré lokální minimum, s hodnotou vypočteme hodnoty v krajních bodech intervalu f a, f b : f 5 = 45 globální minimum f 5 = 85 f 2 = 4 není globální maximum, protože 5 D f, tzn.funkce nemá globální maximum Pozn.: Pokud řešíme funkci f: y = x 3 12x + 20 v intervalu: a 5; 5 pak v bodě x = -5 je globální minimum, v bodě x = 5 je globální maximum b 5; 5 pak funkce nemá globální minimum, v bodě x = 5 je globální maximum c 5; 5...pak funkce nemá globální minimum, nemá globální maximum 9

Př. Určete globální a lokální extrémy funkce f: y = x 3 3x + 20 v intervalu 3; 3 stacionární body: y = 3x 2 3 = 3. x + 1. x 1 = 0 x 1 = 1, x 2 = 1 lokální extrémy funkce: y = 6x pro bod x 1 = 1 dostáváme y 1 = 6 lokální maximum, f 1 = 22 pro bod x 2 = 1 dostáváme y 1 = 6 lokální minimum, f 1 = 18 vypočteme hodnoty v krajních bodech intervalu: f 3 = 2 globální minimum f 3 = 38 globální maximum Př. Určete hodnotu konstanty a R tak, aby funkce f: y = a. sin x + 1 sin 3x měla v 3 bodě x = π lokální extrém. Určete druh extrému. 3 y = a. cos x + 1 cos 3x. 3 = a. cos x + cos 3x 3 π y = a. cos π + cos 3 π = a. 0,5 + 1 3 3 3 = 0 a = 2 y = 2. cos x + cos 3x y = 2. sin x + sin 3x. 3 = 2. sin x 3. sin 3x y π 3 = 2. sin π 3 3. sin 3 π 3 3 = 2. lokální maximum 2 3.0 = 3 10

Konvexnost a konkávnost funkce Pro lepší pochopení pojmů využijeme následující příklad: Př. Sestrojte grafy funkcí: f: y = 2 x, g: y = log 2 x f: y = 2 x y g: y = log 2 x y x 0 x x 0 x Graf funkce je nad tečnou. Graf funkce je pod tečnou. Funkce f je konkávní v bodě x 0. Funkce f je konvexní v bodě x 0. Funkce f je ryze konvexní v bodě x 0, - jestliže lze v bodě x 0 ; f x 0 grafu funkce f sestrojit tečnu a - existuje-li takové číslo δ > 0, tak, že pro každé x x 0 δ; x 0 x 0 ; x 0 + δ leží bod x; f x nad tečnou. Funkce f je ryze konkávní v bodě x 0, - jestliže lze v bodě x 0 ; f x 0 grafu funkce f sestrojit tečnu a - existuje-li takové číslo δ > 0, tak, že pro každé x x 0 δ; x 0 x 0 ; x 0 + δ leží bod x; f x pod tečnou. Nápověda: graf funkce tvaru je konvexní, graf funkce tvaru je konkávní 11

Konvexnost a konkávnost funkce a 2.derivace Pro určení konvexnosti a konkávnosti využijeme 2.derivaci: Je-li f x 0 > 0, pak je funkce f v bodě x 0 konvexní. Je-li f x 0 < 0, pak je funkce f v bodě x 0 konkávní. Funkce konvexní, resp. konkávní v intervalu Jestliže v každém bodě intervalu platí, že f x intervalu konvexní. Jestliže v každém bodě intervalu platí, že f x intervalu konkávní. > 0, pak je funkce f v celém < 0, pak je funkce f v celém Inflexní body Nechť má funkce f v bodě x 0 derivaci. Přechází-li v tomto bodě graf funkce f z polohy nad tečnou do polohy pod tečnou nebo naopak, nazýváme bod x 0 inflexní bod funkce. Platí: f x 0 = 0 x 0 12

Př. Určete intervaly, ve kterých je daná funkce konvexní, konkávní, a určete inflexní body, pokud existují: a) y = 3x 2 2x + 1 y = 3.2x 2 = 6x 2 y = 6 pro x R dostáváme y > 0 funkce je konvexní v R b) y = 5x 2 + 3x 5 y = 10x + 3 y = 10 pro x R dostáváme y < 0 funkce je konkávní v R c) y = x 4 x 3 y = 4x 3 3x 2 y = 12x 2 6x položíme y = 0 12x 2 6x = 0 x 1 = 0; x 2 = 0,5 y > 0 y < 0 konvexní inflexní body 0 0,5 konkávní y > 0 konvexní 13

d) y = 1 x2 = x 2 y = 2. x 3 y = 6. x 4 = 6 x 4 položíme y = 0 6 = 0 x 4 pro x R\ 0 dostáváme y > 0 funkce je konvexní neexistují inflexní body e) y = tg x ; x π 2 ; π 2 y = 1 cos 2 x y = 1. 2.cos x. sin x cos 4 x položíme y = 0 2.sin x cos 3 x = 0 x = 0 = 2.sin x cos 3 x π 2 y < 0 inflexní bod konkávní 0 y > 0 konvexní π 2 14

Užití derivace při výpočtu některých limit Při výpočtu některých limit lze s úspěchem využít derivace. Jedná se zejména o limitu: v případě, že lim x a f x = lim x a g x Jde o neurčité výrazy L Hospitalovo pravidlo 1. Nechť lim x a f x 0 0, resp.. Při výpočtu využijeme tyto věty: f x lim x a g x f x = lim g x = 0 a nechť existuje vlastní nebo nevlastní lim. x a x a g x f x Potom existuje také lim a platí: x a g x lim x a f x g x = lim x a L Hospitalovo pravidlo 2. f x Nechť lim g x = + a nechť existuje vlastní nebo nevlastní lim. x a x a g x f x Potom existuje také lim a platí: x a g x = 0 nebo lim x a f x = lim x a g x = + lim x a f x g x = lim x a f x g x f x g x Poznámka: Obě pravidla platí také pro limitu v bodě zprava, zleva a pro limitu v nevlastních bodech. Získáme-li po použití L Hospitalova pravidla opět limitu typu 0, resp., použijeme znovu L Hospitalovo 0 pravidlo: f x lim = lim x a g x x a f x g x = lim x a f x g x 15

Př. Užitím L Hospitalova pravidla vypočítejte: a) lim x 1 x 2 1 x 2 3x+2 = lim x 1 2x 2x 3 = 2 1 = 2 b) lim x 0 c) lim x + d) lim x + x sin x x 3 = x e x = lim x + x 3 +5x 2 x 2 1 = lim x 0 1 cos x sin x = lim 3x = 1 2 x 0 6x 6 1 e x = 0 lim x + d) lim x. ln x = lim x 0 + x 0 + ln x 1 x 3x 2 +5 2x = lim x + 6x 2 = + 1 = x lim x 0 + 1 = lim x = 0 x 2 x 0 + 16

Postup při vyšetřování průběhu funkce 1. Definiční obor - D(f), funkce sudá, lichá, periodická. 2. Výpočet jednostranné limity v bodech, v nichž není funkce definována. Výpočet limity v nevlastních bodech, intervaly spojitosti. 3. Průsečíky grafu funkce s osami x a y, znaménka funkčních hodnot. 4. Výpočet 1.derivace. Určení stacionárních bodů a bodů, ve kterých 1.derivace neexistuje. 5. Určení lokálních a globálních extrémů a intervalů monotónnosti. 6. Výpočet 2.derivace. Určení inflexních bodů a bodů, ve kterých 2.derivace neexistuje. 7. Určení intervalů konvexnosti a konkávnosti. 8. Výpočet asymptot. 9. Obor hodnot - H(f). 10.Graf funkce. 17

Př. Vyšetřete průběh funkce: a) f: y = x 3 6x 2 + 9x 1. D f = R, není ani lichá ani sudá 2. Limity v nevlastních bodech: f x = +, lim f x = lim x + x 3. Průsečíky s osami : - s osou x : X 1 = 0;0, X 2 = 3;0 - s osou y : Y 1 = 0;0, Znaménka funkčních hodnot: f x < 0 f x > 0 f x > 0-4 + 0 1 2 3 + 0 3 4. y = 3x 2 12x + 9 y = 0 x = 1 x = 3.stacionární body? f x > 0 f x < 0 f x > 0 1 3 5. V bodě x = 1 lokální maximum y = 4 V bodě x = 3 lokální minimum y = 0 18

6. y = 6x 12 y = 0 x = 2.inflexní bod? f x < 0 f x > 0 2 4 7. V, 2 konkávní + + V 2, + konvexní V bodě x = 2 inflexní bod 8. Asymptoty: se směrnicí: y=ax+b... bez směrnice:... a = lim x + f x Nemá asymptoty se směrnicí! x = lim x + x2 6x + 9 = + Nemá asymptoty bez směrnice (D(f) = R)! - 0 1 2 3 9. H(f) = R 10. Graf 19

Referenční seznam: Hrubý, Dag, Kubát, Josef. Matematika pro gymnázia Diferenciální a integrální počet. 2. vydání. Praha: Prometheus, 2007. ISBN 978-80-7196-210-6. 20

Prezentaci vytvořila Mgr. Bc. Eva Vengřínová, vyučující předmětu matematika na Střední průmyslové škole stavební, Opava, příspěvková organizace. Prezentace je určena pro podporu výuky matematiky na středních odborných školách stavebních, oboru 78-42 - M/01 Technické lyceum. Je v souladu s rámcovými vzdělávacími programy. Vytvořeno v rámci projektu OP VK "Nová cesta za vzděláním", registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0034, za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky. Uvedená práce (dílo) podléhá licenci Creative Commons. Uveďte autora - Nevyužívejte dílo komerčně - Zachovejte licenci 3.0 Česko. 21