Ekstrema i monotoniczność — jak badać funkcję pochodną?
Pochodna pozwala zbadać, gdzie funkcja rośnie lub maleje. Kluczem nie jest samo rozwiązanie równania f′(x)=0, lecz sprawdzenie znaków pochodnej po obu stronach punktów krytycznych.
1. Algorytm: od pochodnej do ekstremów
Krok 1 — dziedzina i pochodna
Najpierw ustal, na jakich przedziałach funkcja jest określona i różniczkowalna. Oblicz pochodną.
Krok 2 — punkty krytyczne
Rozwiąż równanie i sprawdź punkty dziedziny, w których pochodna nie istnieje.
Krok 3 — znaki pochodnej
Podziel dziedzinę na przedziały wyznaczone punktami krytycznymi. Sprawdź znak pochodnej na każdym z nich.
Krok 4 — wniosek
Podaj przedziały wzrostu i spadku oraz współrzędne znalezionych ekstremów lokalnych.
2. Pełny przykład z tabelą znaków
Badamy funkcję
Wyznacz pochodną i jej zera
Tabela znaków pochodnej
| Przedział | Pochodna | Funkcja |
|---|---|---|
| + dodatnia | rośnie ↗ | |
| − ujemna | maleje ↘ | |
| + dodatnia | rośnie ↗ |
Ekstrema lokalne
Współrzędne punktów ekstremalnych: oraz .
Materiał wideo uzupełniający rozwiązania i wzory przedstawione powyżej.
3. Jak nie pomylić maksimum z minimum?
Plus → minus
Funkcja najpierw rośnie, a potem maleje: otrzymujesz maksimum lokalne.
Minus → plus
Funkcja najpierw maleje, a potem rośnie: otrzymujesz minimum lokalne.
Nie pomijaj punktów brzegowych
Przy szukaniu ekstremów globalnych na przedziale domkniętym porównaj także wartości funkcji na końcach przedziału. Samo badanie pochodnej wewnątrz nie wystarcza.
4. Samodzielne zadania
Wyznacz minimum funkcji kwadratowej.
Dane do zadania
Pokaż odpowiedź i wskazówkę
Rozwiązanie krok po kroku
- Pochodna: 2x−4.
- Równa się zeru dla x=2.
- Pochodna zmienia znak z ujemnego na dodatni.
Odpowiedź
Czy punkt x=0 jest ekstremum funkcji x³?
Dane do zadania
Pokaż odpowiedź i wskazówkę
Rozwiązanie krok po kroku
Znak pochodnej
Odpowiedź
Nie. Funkcja jest rosnąca po obu stronach zera, a znak pochodnej nie przechodzi z dodatniego na ujemny ani odwrotnie.
Wyznacz ekstremum w punkcie, w którym pochodna nie istnieje.
Dane do zadania
Pokaż odpowiedź i wskazówkę
Rozwiązanie krok po kroku
Jak rozwiązać?
Dla x<2 funkcja jest malejąca (pochodna −1), a dla x>2 rosnąca (pochodna +1). W x=2 pochodna nie istnieje, ale minimum nadal występuje.
Odpowiedź
Zbadaj wartości największą i najmniejszą na przedziale domkniętym.
Dane do zadania
Pokaż odpowiedź i wskazówkę
Rozwiązanie krok po kroku
Jak rozwiązać?
Sprawdź punkt krytyczny x=0 i końce przedziału x=−1 oraz x=2. Wartości wynoszą odpowiednio 0, 1 i 4.
Odpowiedź
Zlokalizuj dwa ekstrema lokalne funkcji sześciennej.
Dane do zadania
Pokaż odpowiedź i wskazówkę
Rozwiązanie krok po kroku
Jak rozwiązać?
Pochodna f′(x)=3(x−1)(x−3). Jest dodatnia przed 1, ujemna między 1 i 3, dodatnia po 3; stąd w 1 maksimum, w 3 minimum.
Odpowiedź
Przeczytaj także
Chcesz przećwiczyć cały dział?
Przejdź od pojedynczych przykładów do uporządkowanej nauki z rozwiązaniami zadań i wyjaśnieniami krok po kroku.
Poznaj kurs Granice i PochodneMożesz też wrócić do pełnej oferty kursów Calcula.