Necht je funkce f spojitá v intervalu a, b a má derivaci v (a, b). Pak existuje bod ξ (a, b) tak, že f(b) f(a) b a. Geometricky

Podobne dokumenty
Co nám prozradí derivace? 21. listopadu 2018

Kristýna Kuncová. Matematika B2

Kristýna Kuncová. Matematika B2 18/19. Kristýna Kuncová (1) Vzorové otázky 1 / 36

Funkce zadané implicitně. 4. března 2019

Kristýna Kuncová. Matematika B2 18/19

(1) Derivace. Kristýna Kuncová. Matematika B2 17/18. Kristýna Kuncová (1) Derivace 1 / 35

(2) Funkce. Kristýna Kuncová. Matematika B2. Kristýna Kuncová (2) Funkce 1 / 25

Komplexní analýza. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze Martin Bohata Komplexní analýza Mocninné řady 1 / 18

MATEMATIKA 3. Katedra matematiky a didaktiky matematiky Technická univerzita v Liberci

Aproximace funkcí 1,00 0,841 1,10 0,864 1,20 0,885. Body proložíme lomenou čarou.

(13) Fourierovy řady

1 Definice. A B A B vlastní podmnožina. 4. Relace R mezi množinami A a B libovolná R A B. Je-li A = B relace na A

Matematika (KMI/PMATE)

Kristýna Kuncová. Matematika B3

Numerické metody minimalizace

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

7. Aplikace derivace

5. a 12. prosince 2018

Vybrané kapitoly z matematiky

Obsah. Limita posloupnosti a funkce. Petr Hasil. Limita posloupnosti. Pro a R definujeme: Je-li a < 0, pak a =, a ( ) =. vlastní body.

Průvodce studiem V této kapitole se budeme zabývat diferenciálním počtem pro funkce více

MATEMATIKA 1 ALEŠ NEKVINDA. + + pokud x < 0; x. Supremum a infimum množiny.

(a). Pak f. (a) pro i j a 2 f

Matematická analýza II pro kombinované studium. Konzultace první a druhá. RNDr. Libuše Samková, Ph.D. pf.jcu.cz

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Nekonečné řady MA III (M3100) 1 / 187

x2 + 2x 15 x 2 + 4x ) f(x) = x 2 + 2x 15 x2 + x 12 3) f(x) = x 3 + 3x 2 10x. x 3 + 3x 2 10x x 2 + x 12 10) f(x) = log 2.

Funkce více proměnných: limita, spojitost, derivace

Úvodní informace. 18. února 2019

Elementární funkce. Edita Pelantová. únor FJFI, ČVUT v Praze. katedra matematiky, FJFI, ČVUT v Praze

1 Soustava lineárních rovnic

Matematická analýza 2. Kubr Milan

x y (A)dy. a) Určete a načrtněte oblasti, ve kterých je funkce diferencovatelná. b) Napište diferenciál funkce v bodě A = [x 0, y 0 ].

Edita Pelantová, katedra matematiky / 16

1 Derivace funkce a monotonie

Cauchyova úloha pro obyčejnou diferenciální rovnici

Diferenciální rovnice základní pojmy. Rovnice se

Matematická analýza pro učitele (text je v pracovní verzi)

Určitý (Riemannův) integrál a aplikace. Nevlastní integrál. 19. prosince 2018

Sb ırka pˇr ıklad u z matematick e anal yzy II Petr Tomiczek

podle přednášky doc. Eduarda Fuchse 16. prosince 2010

Euklidovský prostor. Funkce dvou proměnných: základní pojmy, limita a spojitost.

Teorie. kuncova/ Definice 1. Necht f je reálná funkce a a R. Jestliže existuje.

Komplexní analýza. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze Martin Bohata Komplexní analýza Úvod 1 / 32

Inverzní Z-transformace

Funkce více proměnných: limita, spojitost, parciální a směrové derivace, diferenciál

Obsah. Petr Hasil. (konjunkce) (disjunkce) A B (implikace) A je dostačující podmínka pro B; B je nutná podmínka pro A A B: (A B) (B A) A (negace)

Kapitola 4: Soustavy diferenciálních rovnic 1. řádu

Stochastické modelování v ekonomii a financích Konzistence odhadu LWS. konzistence OLS odhadu. Předpoklady pro konzistenci LWS

Numerické metody 8. května FJFI ČVUT v Praze

Matematika 2, vzorová písemka 1

DFT. verze:

Operace s funkcemi [MA1-18:P2.1] funkční hodnota... y = f(x) (x argument)

Petr Beremlijski, Marie Sadowská

Mendelova univerzita v Brně user.mendelu.cz/marik

Okrajový problém podmínky nejsou zadány v jednom bodu nejčastěji jsou podmínky zadány ve 2 bodech na okrajích, ale mohou být

Matematika 1 Jiˇr ı Fiˇser 24. z aˇr ı 2013 Jiˇr ı Fiˇser (KMA, PˇrF UP Olomouc) KMA MAT1 24. z aˇr ı / 52

kontaktní modely (Winklerův, Pasternakův)

Logika V. RNDr. Kateřina Trlifajová PhD. Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologíı BI-MLO, ZS 2011/12

Linea rnı (ne)za vislost

Obsah. 1 Konstrukce (definice) Riemannova integrálu Výpočet Newtonova Leibnizova věta Aplikace výpočet objemů a obsahů 30

Metody, s nimiž se seznámíme v této kapitole, lze použít pro libovolnou

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

Poznámky z matematiky

Statistika (KMI/PSTAT)

Komplexní analýza. Příklad Body. Nepište obyčejnou tužkou ani červeně, jinak písemka nebude přijata. Soupis vybraných vzorců. 4a.

Kapitola 2. Nelineární rovnice

Numerické metody KI/NME. Doc. RNDr. Jiří Felcman, CSc. RNDr. Petr Kubera, Ph.D.

Algebra I Cvičení. Podstatná část příkladů je převzata od kolegů, jmenovitě Prof. Kučery, Doc. Poláka a Doc. Kunce, se

Nekomutativní Gröbnerovy báze

Katedra aplikované matematiky FEI VŠB Technická univerzita Ostrava

Obsah. Aplikovaná matematika I. Vlivem meze Vlivem funkce Bernhard Riemann. Mendelu Brno. 3 Vlastnosti určitého integrálu

Matematika I (KMI/PMATE) Co se naučíme? x = a a x = b. rozumět pojmu střední hodnota funkce na daném intervalu. Obrázek 1.

Matematika prˇedna sˇka Lenka Prˇibylova 7. u nora 2007 c Lenka Prˇibylova, 200 7

Speciální funkce, Fourierovy řady a Fourierova transformace

Obsah. 1.2 Integrály typu ( ) R x, s αx+β

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

Popisná statistika. David Hampel. Přednáška Statistika 1 (BKMSTA1) 13. říjen 2012, Brno.

FAKULTA STAVEBNÍ JOSEF DALÍK NUMERICKÉ METODY II

Stavový popis Stabilita spojitých systémů (K611MSAP) Katedra aplikované matematiky Fakulta dopravní ČVUT. čtvrtek 20. dubna 2006

FAKULTA STAVEBNÍ NUMERICKÉ METODY II

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta. bankovnictví. Katedra pravděpodobnosti a matematické statistiky

Obsah. Zobrazení na osmistěn. 1 Zobrazení sféry po částech - obecné vlastnosti 2 Zobrazení na pravidelný konvexní mnohostěn

Geometrická nelinearita: úvod

Matematika II. Ing. Radek Fučík, Ph.D. WikiSkriptum. verze: 25. října 2019

Výzvy, které před matematiku staví

Energetické principy a variační metody ve stavební mechanice

Zadání: Vypočítejte hlavní momenty setrvačnosti a vykreslete elipsu setrvačnosti na zadaných

Definice Řekneme, že PDA M = (Q,Σ,Γ,δ,q 0,Z 0,F) je. 1. pro všechna q Q a Z Γ platí: kdykoliv δ(q,ε,z), pak δ(q,a,z) = pro všechna a Σ;

VŠB-Technická univerzita Ostrava

Univerzita Palackého v Olomouci

ROBUST January 19, Zdeněk Fabián Ústav informatiky AVČR Praha

Zobecněné metriky Různé poznámky 12. METRIZACE. Miroslav Hušek, Pavel Pyrih KMA MFF UK. 12. Poznámky

Matematika pro ekonomiku

Matematika III Stechiometrie stručný

Numerické metody a statistika

22 Pochodna funkcji definicja

Tvarová optimalizace pro 3D kontaktní problém

Škola matematického modelování 2017

Matematické modelování elmg. polí 2. kap.: Magnetostatika

Pojem množiny nedefinujeme, pouze připomínáme, že množina je. Nejprve shrneme pojmy a fakta, které znáte ze střední školy.

Transkrypt:

Monotónie a extrémy funkce Diferenciální počet - průběh funkce Věta o střední hodnotě (Lagrange) Necht je funkce f spojitá v intervalu a, b a má derivaci v (a, b). Pak existuje bod ξ (a, b) tak, že f (ξ) = f(b) f(a) b a Geometricky 1 / 18

Věta 6.16 (l Hospitalovo pravidlo) Necht existují lim x x0 f(x) = nebo jsou obě nevlastní. Potom lim x x0 f(x) g(x) = lim g(x) = 0 x x0 lim f (x), pokud limita vpravo existuje. x x 0 g (x) Příklady. Příklad. limita typu 0 Příklad. limita typu 2 / 18

Říkáme, že funkce f má v bodě x 0 lokální maximum (resp. lokální minimum), jestliže existuje prstencové okolí P (x 0 ) takové, že pro všechna x P (x 0 ) platí, že f(x) f(x 0 ) (resp. f(x) f(x 0 )). Platí-li nerovnosti ostré, pak mluvíme o ostrém lokálním maximu, resp. minimu. Říkáme, že funkce f nabývá v bodě x 0 M D(f) svého maxima na množině M (resp. svého minima na M), jestliže pro všechna x M platí, že f(x) f(x 0 ) (resp. f(x) f(x 0 )). V těchto případech mluvíme o absolutním (též globálním) maximu, resp. minimu. 3 / 18

Věta 6.4 (postač. podm. pro monotónii funkce) Necht f je spojitá funkce v intervalu I. Pak platí a) Je-li f (x) > 0 pro všechna x I o, pak je f rostoucí na I. b) Je-li f (x) < 0......, pak je f klesající na I. c) Je-li f (x) 0......, pak je f neklesající na I. d) Je-li f (x) 0......, pak je f nerostoucí na I. e) Je-li f (x) = 0......, pak je f konstantní na I. 4 / 18

Věta (postač. podm. pro lokální extrém pomocí monotónie) Necht je funkce f je spojitá v bodě x 0. Je-li f rostoucí v levém okolí P (x 0 ) a klesající v P + (x 0 ), pak má funkce f v bodě x 0 ostré lokální maximum. Analogicky pro lokální minimum. Poznámka: Monotónii vyšetříme pomocí derivace. Příklad. Fce není spojitá v bodě x 0. 5 / 18

Věta 7.3 (nutná podm. pro lokální extrém) Má-li funkce f v bodě x 0 lokální extrém, pak je f (x 0 ) = 0 nebo f (x 0 ) neexistuje. Není to však podmínka postačující!!! Příklady Věta 7.9 (postač. podm. pro lokální extrém pomocí 2. derivace)) Je-li f (x 0 ) = 0 a f (x 0 ) > 0, pak má funkce f v bodě x 0 ostré lokální minimum. Analogicky pro lokální maximum. 6 / 18

Věta 4.29 (o existenci absolutních extrémů) Spojitá funkce v uzavřeném omezeném intervalu nabývá v něm svého maxima i minima (tj. své největší i nejmenší hodnoty). Dodatek. Absolutních extrémů může funkce f nabývat pouze 1) ve vnitřních bodech, ve kterých je splněna NP pro lokální extrém, tj. derivace f (x 0 ) = 0 nebo neexistuje 2) v krajních bodech intervalu. 7 / 18

Postup při hledání absolutních extrémů 1. Zdůvodníme existenci abs. extrémů (Věta 4.29 ). 2. Najdeme všechny podezřelé body 3. Vypočítáme hodnoty dané funkce v těchto bodech. Z nich určíme maximum, resp. minimum funkce f v daném intervalu. Otázka: Co když interval není uzavřený nebo není omezený? Příklad: Zdůvodněte existenci a určete absolutní extrémy funkce f(x) = x + 3 3 x 2 a) v intervalu I = 1, 8 b) v intervalu J = 27, 1 8 / 18

Věta 6.11 postačující podm. pro konvexnost, konkávnost Necht f je spojitá funkce v intervalu I. Pak platí a) Je-li f (x) > 0 pro všechna x I o, pak je f ryze konvexní na I. b) Je-li f (x) < 0......, pak je f ryze konkávní na I. e) Je-li f (x) = 0......, pak je f lineární na I. 9 / 18

Věta (postačující podm. pro inflexi pomocí 2. derivace) Necht funkce f má 1. derivaci v bodě x 0. Má-li 2. derivace f opačná znaménka v P (x 0 ), P + (x 0 ), pak je x 0 inflexním bodem funkce f. Příklad: Určete intervaly, na kterých je funkce konvexní, resp. konkávní. Rozhodněte o inflexních bodech. Vyšetřete derivaci v bodě x = 0. f(x) = x + 3 3 x 2 10 / 18

Věta 7.15 ( nutná podm. pro inflexi) Je-li x 0 inflexním bodem funkce f, pak je f (x 0 ) = 0 nebo f (x 0 ) neexistuje. Není to však podmínka postačující!!! Věta 7.17 (postačující podm. pro inflexní bod pomocí 3. derivace) Je-li f (x 0 ) = 0 a f (x 0 ) 0, pak je x 0 inflexním bodem funkce f. 11 / 18

Příklad: Určete inflexní body funkce f(x) = 3x 4 8x 3 + 6x 2 + 12. Výsledek: Inflexní body jsou x = 1/3, x = 1. 12 / 18

Věta 7.17 (Zobecněná PP pro lokální extrém a inflexi pomocí derivací) Necht f (x 0 ) =... = f (n 1) (x 0 ) = 0 a f (n) (x 0 ) 0. Je-li n liché, pak je x 0 inflexním bodem funkce f. Je-li n sudé a f (n) (x 0 ) > 0, pak má funkce f v bodě x 0 ostré lokální minimum. Je-li n sudé a f (n) (x 0 ) < 0, pak má funkce f v bodě x 0 ostré lokální maximum. 13 / 18

Asymptoty Říkáme, že přímka x = x 0 je svislou asymptotou grafu funkce f v bodě x 0, jestliže aspoň jedna z jednostranných limit funkce f v bodě x 0 je nevlastní. Přímka y = kx + q se nazývá šikmou asymptotou grafu funkce f pro x +, jestliže lim [f(x) (kx + q)] = 0. x + Podobně definujeme šikmou asymptotu grafu funkce f pro x. Věta 8.2 Přímka y = kx + q je šikmou asymptotou grafu funkce f pro x + právě tehdy, když lim x + f(x) x = k R, lim [f(x) kx] = q R. x + 14 / 18

Předpoklad: Funkce f má derivace až do řádu n v bodě x 0. Polynom T n (x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 )+ + f (x 0 ) (x x 0 ) 2 +... + f (n) (x 0 ) (x x 0 ) n. 2! n! nazýváme Taylorovým polynomem n-tého stupně funkce f o středu v bodě x 0. Pak platí: T (k) n (x 0 ) = f (k) (x 0 ), k = 0, 1,..., n. Chybu (nepřesnost), které se dopustíme při nahrazení ( při aproximaci) hodnoty f(x) hodnotou T n (x) označme R n+1 (x), tj. R n+1 (x) = f(x) T n (x) 15 / 18

Věta Taylorova Necht funkce f má spojité derivace až do řádu n+1 v okolí U(x 0 ) bodu x 0. Pak pro každé x U(x 0 ) existuje mezi body x 0 a x bod ξ tak, že R n+1 (x) = f (n+1) (ξ) (n + 1)! (x x 0) n+1 Uvedený vztah se nazývá Lagrangeův tvar zbytku (po n-té mocnině) Přesnou polohu bodu ξ zpravidla neznáme, proto se spokojíme s odhadem shora: R n+1 (x) M n+1 (n + 1)! x x 0 n+1, kde M n+1 je maximum funkce f (n+1) na intervalu x 0, x, resp. x, x 0. 16 / 18

Příklad. a) Pro f(x) = sin x napište T 3 (x) o středu x 0 = 0. b) Určete sin (3/4) přibližně pomocí T 3 (x). c) Lagrangeův tvar zbytku a odhad chyby při aproximaci z b). d) Odhad chyby při aproximaci polynomem T 7 (x). Příklad. a) Pro f(x) = x+1+ 2x 1 napište T 2 (x) o středu x 0 = 1. b) Určete f(5/4) přibližně pomocí T 2 (x). c) Lagrangeův tvar zbytku a odhad chyby při aproximaci z b). 17 / 18

Příklad. a) Napište T 4 (x), x 0 = 0 pro f(x) = cos x. b) Vypočítejte přibližně cos 0, 4 pomocí T 4 (x). c) Odhadněte chybu při této aproximaci. Oskulační kružnice. v bodě [x 0, y 0 ] dotyk řádu 2 s grafem dané funkce 1/r je křivost funkce f v bodě [x 0, y 0 ] 18 / 18