งาน.

ฟังก์ชัน y=f(x) ถูกกำหนดไว้ในช่วงเวลา (-5; 6) รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y=f(x) ค้นหาระหว่างจุด x 1, x 2, ..., x 7 จุดเหล่านั้นที่อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) เท่ากับศูนย์ ในการตอบสนองให้เขียนจำนวนคะแนนที่พบ

สารละลาย:

หลักการในการแก้ปัญหานี้คือ: มีพฤติกรรมที่เป็นไปได้สามประการของฟังก์ชันในช่วงเวลานี้:

1) เมื่อฟังก์ชันเพิ่มขึ้น (อนุพันธ์มีมากกว่าศูนย์)

2) เมื่อฟังก์ชันลดลง (โดยที่อนุพันธ์น้อยกว่าศูนย์)

3) เมื่อฟังก์ชันไม่เพิ่มหรือลดลง (โดยที่อนุพันธ์เป็นศูนย์หรือไม่มีอยู่)

เราสนใจตัวเลือกที่สาม

อนุพันธ์มีค่าเท่ากับศูนย์โดยที่ฟังก์ชันราบรื่นและไม่มีอยู่ที่จุดพัก ลองดูที่จุดเหล่านี้ทั้งหมด

x 1 - ฟังก์ชันเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายถึงอนุพันธ์ f′(x) >0

x 2 - ฟังก์ชันใช้เวลาน้อยที่สุดและราบรื่น ซึ่งหมายถึงอนุพันธ์ f ′(x) = 0

x 3 - ฟังก์ชั่นใช้เวลาสูงสุด แต่เมื่อถึงจุดนี้มีการหยุดพักซึ่งหมายถึงอนุพันธ์ฉ ′(x) ไม่มีอยู่

x 4 - ฟังก์ชั่นใช้เวลาสูงสุด แต่เมื่อถึงจุดนี้มีการหยุดพักซึ่งหมายถึงอนุพันธ์ฉ ′(x) ไม่มีอยู่

x 5 - อนุพันธ์ f ′(x) = 0

x 6 - ฟังก์ชันเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายถึงอนุพันธ์ f'(x) >0

x 7 - ฟังก์ชั่นใช้เวลาน้อยที่สุดและราบรื่นซึ่งหมายความว่าอนุพันธ์ f ′(x) = 0

เราเห็นแล้วว่า f ′(x) = 0 ที่จุด x 2, x 5 และ x 7 รวมเป็น 3 คะแนน

การศึกษาฟังก์ชันโดยใช้อนุพันธ์ของมัน ในบทความนี้ เราจะวิเคราะห์งานบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการศึกษากราฟของฟังก์ชัน ในปัญหาดังกล่าว จะมีการกำหนดกราฟของฟังก์ชัน y = f (x) และมีคำถามที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดจำนวนจุดที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันนั้นเป็นค่าบวก (หรือลบ) รวมถึงคำถามอื่นๆ ด้วย จัดเป็นงานในการประยุกต์อนุพันธ์ในการศึกษาฟังก์ชัน

การแก้ปัญหาดังกล่าวและในปัญหาทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยนั้นเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับคุณสมบัติของอนุพันธ์เพื่อศึกษากราฟของฟังก์ชันและอนุพันธ์ ดังนั้นฉันขอแนะนำอย่างยิ่งให้คุณศึกษาทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง สามารถศึกษาและดูได้ (แต่มีบทสรุปสั้นๆ)

เราจะพิจารณาปัญหาที่ให้กราฟอนุพันธ์ในบทความหน้าด้วย อย่าพลาด! ดังนั้นภารกิจ:

รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y = f (x) ซึ่งกำหนดในช่วงเวลา (−6; 8) กำหนด:

1. จำนวนจุดจำนวนเต็มที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นลบ

2. จำนวนจุดที่แทนเจนต์กับกราฟของฟังก์ชันขนานกับเส้นตรง y = 2;

1. อนุพันธ์ของฟังก์ชันจะเป็นลบในช่วงเวลาที่ฟังก์ชันลดลง นั่นคือ ในช่วงเวลา (−6; –3), (0; 4.2), (6.9; 8) ประกอบด้วยจุดจำนวนเต็ม −5, −4, 1, 2, 3, 4 และ 7 เราได้ 7 คะแนน

2. โดยตรง ย= 2 ขนานกับแกนโอ้ย= 2 เฉพาะที่จุดสุดขั้วเท่านั้น (จุดที่กราฟเปลี่ยนพฤติกรรมจากเพิ่มขึ้นเป็นลดลงหรือกลับกัน) มีสี่จุดดังกล่าว: –3; 0; 4.2; 6.9

ตัดสินใจด้วยตัวเอง:

กำหนดจำนวนจุดจำนวนเต็มที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นบวก

รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y = f (x) ซึ่งกำหนดในช่วงเวลา (−5; 5) กำหนด:

2. จำนวนจุดจำนวนเต็มซึ่งแทนเจนต์กับกราฟของฟังก์ชันขนานกับเส้นตรง y = 3;

3. จำนวนจุดที่อนุพันธ์เป็นศูนย์

1. จากคุณสมบัติของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นที่ทราบกันว่าเป็นบวกในช่วงเวลาที่ฟังก์ชันเพิ่มขึ้นเช่น ในช่วงเวลา (1.4; 2.5) และ (4.4; 5) มีจุดจำนวนเต็มเพียงจุดเดียว x = 2

2. โดยตรง ย= 3 ขนานกับแกนโอ้. เส้นสัมผัสจะขนานกับเส้นตรงย= 3 เฉพาะที่จุดสุดขั้วเท่านั้น ( ณ จุดที่กราฟเปลี่ยนพฤติกรรมจากเพิ่มขึ้นเป็นลดลงหรือกลับกัน)

มีสี่จุดดังกล่าว: –4.3; 1.4; 2.5; 4.4

3. อนุพันธ์มีค่าเท่ากับศูนย์ที่สี่จุด (ที่จุดสุดขีด) เราได้ระบุไว้แล้ว

ตัดสินใจด้วยตัวเอง:

กำหนดจำนวนจุดจำนวนเต็มที่อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) เป็นลบ

รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y = f (x) ซึ่งกำหนดในช่วงเวลา (−2; 12) หา:

1. จำนวนจุดจำนวนเต็มที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นบวก

2. จำนวนจุดจำนวนเต็มที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นลบ

3. จำนวนจุดจำนวนเต็มซึ่งแทนเจนต์กับกราฟของฟังก์ชันขนานกับเส้นตรง y = 2;

4. จำนวนจุดที่อนุพันธ์เป็นศูนย์

1. จากคุณสมบัติของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นที่ทราบกันว่าเป็นบวกในช่วงเวลาที่ฟังก์ชันเพิ่มขึ้นเช่น ในช่วงเวลา (–2; 1), (2; 4), (7; 9) และ ( 10; 11) ประกอบด้วยจุดจำนวนเต็ม: –1, 0, 3, 8 มีทั้งหมดสี่จุด

2. อนุพันธ์ของฟังก์ชันจะเป็นลบในช่วงเวลาที่ฟังก์ชันลดลง นั่นคือ ในช่วงเวลา (1; 2), (4; 7), (9; 10), (11; 12) มีจำนวนเต็ม 5 และ 6 เราได้ 2 คะแนน

3. โดยตรง ย= 2 ขนานกับแกนโอ้. เส้นสัมผัสจะขนานกับเส้นตรงย= 2 เฉพาะที่จุดสุดขั้วเท่านั้น (จุดที่กราฟเปลี่ยนพฤติกรรมจากเพิ่มขึ้นเป็นลดลงหรือกลับกัน) มีเจ็ดประเด็นดังกล่าว: 1; 2; 4; 7; 9; 10; สิบเอ็ด

4. อนุพันธ์มีค่าเท่ากับศูนย์ที่เจ็ดจุด (ที่จุดสุดขีด) เราได้ระบุไว้แล้ว

ยิ่งกว่านั้น infinitesimal คือค่าเล็กน้อยของลำดับที่ต่ำกว่าค่า infinitesimal

คำจำกัดความ 3. ถ้าอัตราส่วนของสองตัวที่เล็กที่สุด / มีแนวโน้มที่จะรวมกัน กล่าวคือ lim / 1 แล้วพวกมันจะน้อยมากและเรียกว่าเทียบเท่า

เทปไม่มีขอบเขตและเขียน.

ตัวอย่างที่ 2.24 ให้ =x, = ln(1+ x) โดยที่ x 0 มีค่าน้อยมากและเทียบเท่า เนื่องจาก

			จริง(1x)			ln(1 x ) ลิม ln[(1 x )1/ x ].
				x 0 x

เรานำเสนอค่าเล็กน้อยที่เทียบเท่ากันหลายค่าโดยไม่มีการได้มา ซึ่งการใช้ค่านี้ทำให้การคำนวณขีดจำกัดง่ายขึ้นมาก:

x บาป x, x แทน x, x อาร์คซิน x, x อาร์กแทน x, x อี x 1

3. แคลคูลัสเชิงอนุพันธ์ของฟังก์ชันของตัวแปรเดียว

3.1. คำจำกัดความของอนุพันธ์และความหมายทางเรขาคณิต

ขีด จำกัด ของอัตราส่วนของการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชัน y ต่อการเพิ่มขึ้นของอาร์กิวเมนต์ x ที่ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นนี้ที่ x 0 เช่น

			ฉ(x0	x)ฉ(x0)

เรียกว่า อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ในรูปของตัวแปรอิสระ x

	กำหนด					การดำเนินการหาอนุพันธ์เรียกว่า
				ดีเอ็กซ์
		ฉ(x)

วายุต ความแตกต่าง

ค่าสัมประสิทธิ์เชิงมุมของแทนเจนต์ที่ลากไปยังเส้นโค้ง y = f (x) ที่จุดใดจุดหนึ่งจะเท่ากับค่าของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน ณ จุดนี้ นี่คือ ความหมายทางเรขาคณิตของอนุพันธ์

ทฤษฎีบท 2 ปัจจัยคงที่สามารถนำออกจากเครื่องหมายของการผลิตได้

โนอาห์ เช่น ถ้า y cf (x) โดยที่ c = const แล้ว
				CF(x) .
ทฤษฎีบท 3 อนุพันธ์ของผลรวมของอนุพันธ์จำนวนจำกัด
ฟังก์ชันเท่ากับผลรวมของอนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้						เหล่านั้น. ถ้าคุณ (x) v (x)
		คุณ (x) โวลต์ (x) .
ทฤษฎีบท 4 อนุพันธ์					ทำงาน	สองอนุพันธ์

ฟังก์ชันจะเท่ากับผลคูณของอนุพันธ์ของฟังก์ชันแรกคูณด้วยฟังก์ชันที่สอง บวกกับผลคูณของอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่สองด้วยฟังก์ชันแรก นั่นคือ ถ้าคุณเป็นอย่างนั้น

คุณ คุณ คุณ

ทฤษฎีบท 5 อนุพันธ์ของผลหารของฟังก์ชันหาอนุพันธ์ได้สองฟังก์ชันจะเท่ากับเศษส่วนโดยที่ตัวส่วนเท่ากับกำลังสองของตัวส่วน และตัวเศษคือผลต่างระหว่างผลคูณของอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวส่วนกับผลคูณ

	ตัวส่วนน้ำถึงตัวเศษ เช่น ถ้า

3.3. อนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน

ให้ฟังก์ชันที่ซับซ้อน y=f (x) ถูกกำหนดไว้ เช่น เพื่อให้สามารถแสดงในรูปแบบต่อไปนี้: y=F (u), u =φ (x) หรือ y=F (φ (x)) ในนิพจน์ y=F (u) ตัวแปร u เรียกว่าอาร์กิวเมนต์ระดับกลาง

	ทฤษฎีบท. ถ้า u=φ (x) มีอนุพันธ์ u x (x) ณ จุดใดจุดหนึ่ง x
	ฟังก์ชัน F (u) มีที่	เหมาะสม			คุณมีค่า	อนุพันธ์
คุณ F (u) ดังนั้นฟังก์ชันเชิงซ้อน y=F (φ (x)) ที่จุดที่ระบุ x ก็มีเช่นกัน
อนุพันธ์ซึ่งเท่ากับ					ที่ไหนแทนคุณ	จะต้องมี
		ใช่ x ฟู		(ยู) x (x)

นิพจน์ u=φ(x) จะถูกแทนที่

3.4. ตารางสูตรหาอนุพันธ์พื้นฐาน

มารวมสูตรพื้นฐานและกฎการสร้างความแตกต่างทั้งหมดไว้ในตารางเดียว

	ใช่แล้ว				ใช่" 0.
	ใช่แล้ว				ย" นxn 1 .
	ใช่				ใช่"1.
	คุณบาป x				ย " เพราะ x .

อนุพันธ์ของฟังก์ชันเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ยากในหลักสูตรของโรงเรียน ไม่ใช่ผู้สำเร็จการศึกษาทุกคนจะตอบคำถามว่าอนุพันธ์คืออะไร

บทความนี้จะอธิบายอย่างเรียบง่ายและชัดเจนว่าอนุพันธ์คืออะไร และเหตุใดจึงต้องมี. ตอนนี้เราจะไม่มุ่งมั่นเพื่อความเข้มงวดทางคณิตศาสตร์ในการนำเสนอ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเข้าใจความหมาย

จำคำจำกัดความ:

อนุพันธ์คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชัน

รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชันทั้งสาม คุณคิดว่าอันไหนเติบโตเร็วกว่ากัน?

คำตอบนั้นชัดเจน - ข้อที่สาม มีอัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุด นั่นคือ อนุพันธ์ที่ใหญ่ที่สุด

นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง

Kostya, Grisha และ Matvey ได้งานในเวลาเดียวกัน มาดูกันว่ารายได้ของพวกเขาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในระหว่างปี:

กราฟแสดงทุกอย่างพร้อมกันใช่ไหม? รายได้ของ Kostya เพิ่มขึ้นกว่าสองเท่าในช่วงหกเดือน และรายได้ของ Grisha ก็เพิ่มขึ้นเช่นกันแต่เพียงเล็กน้อย และรายได้ของ Matvey ก็ลดลงเหลือศูนย์ เงื่อนไขการเริ่มต้นจะเหมือนกัน แต่อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันก็คือ อนุพันธ์, - แตกต่าง. สำหรับ Matvey โดยทั่วไปอนุพันธ์ของรายได้ของเขาจะเป็นลบ

โดยสัญชาตญาณ เราสามารถประมาณอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันได้อย่างง่ายดาย แต่เราจะทำอย่างไร?

สิ่งที่เรากำลังดูอยู่จริงๆ คือกราฟของฟังก์ชันจะขึ้น (หรือลง) ชันแค่ไหน กล่าวอีกนัยหนึ่ง y เปลี่ยนเร็วแค่ไหนเมื่อ x เปลี่ยน? แน่นอนว่าฟังก์ชันเดียวกันที่จุดต่างกันสามารถมีค่าอนุพันธ์ต่างกันได้ กล่าวคือ สามารถเปลี่ยนเร็วขึ้นหรือช้าลงได้

อนุพันธ์ของฟังก์ชันแสดงไว้

เราจะแสดงวิธีค้นหาโดยใช้กราฟ

มีการวาดกราฟของฟังก์ชันบางอย่างแล้ว มาดูประเด็นที่มีแอบซิสซากัน ให้เราวาดแทนเจนต์ให้กับกราฟของฟังก์ชัน ณ จุดนี้ เราต้องการประมาณว่ากราฟของฟังก์ชันเพิ่มขึ้นชันเพียงใด ความคุ้มค่าที่สะดวกสำหรับสิ่งนี้คือ แทนเจนต์ของมุมแทนเจนต์.

อนุพันธ์ของฟังก์ชันที่จุดหนึ่งจะเท่ากับแทนเจนต์ของมุมแทนเจนต์ที่ลากไปยังกราฟของฟังก์ชัน ณ จุดนี้

โปรดทราบว่าเนื่องจากมุมเอียงของแทนเจนต์ เราจะใช้มุมระหว่างแทนเจนต์กับทิศทางบวกของแกน

บางครั้งนักเรียนถามว่าค่าแทนเจนต์ของกราฟของฟังก์ชันคืออะไร นี่คือเส้นตรงที่มีจุดร่วมจุดเดียวกับกราฟในส่วนนี้ และดังแสดงในรูปของเรา ดูเหมือนเส้นสัมผัสกันของวงกลม

มาหากันเถอะ เราจำได้ว่าค่าแทนเจนต์ของมุมแหลมในรูปสามเหลี่ยมมุมฉากเท่ากับอัตราส่วนของด้านตรงข้ามกับด้านประชิด จากรูปสามเหลี่ยม:

เราพบอนุพันธ์โดยใช้กราฟโดยไม่รู้สูตรของฟังก์ชันด้วยซ้ำ ปัญหาดังกล่าวมักพบในการสอบ Unified State ในวิชาคณิตศาสตร์ตามหมายเลข

มีความสัมพันธ์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง จำได้ว่าเส้นตรงถูกกำหนดโดยสมการ

ปริมาณในสมการนี้เรียกว่า ความชันของเส้นตรง. มันเท่ากับค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงกับแกน

.

เราเข้าใจแล้ว

เรามาจำสูตรนี้กัน เป็นการแสดงออกถึงความหมายทางเรขาคณิตของอนุพันธ์

อนุพันธ์ของฟังก์ชันที่จุดหนึ่งจะเท่ากับความชันของแทนเจนต์ที่ลากไปยังกราฟของฟังก์ชันที่จุดนั้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง อนุพันธ์จะเท่ากับแทนเจนต์ของมุมแทนเจนต์

เราได้บอกไปแล้วว่าฟังก์ชันเดียวกันสามารถมีอนุพันธ์ต่างกันที่จุดต่างกันได้ เรามาดูกันว่าอนุพันธ์เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของฟังก์ชันอย่างไร

ลองวาดกราฟของฟังก์ชันบางอย่างกัน ปล่อยให้ฟังก์ชันนี้เพิ่มขึ้นในบางพื้นที่และลดในบางพื้นที่และในอัตราที่ต่างกัน และให้ฟังก์ชันนี้มีจุดสูงสุดและต่ำสุด

เมื่อถึงจุดหนึ่งฟังก์ชันจะเพิ่มขึ้น แทนเจนต์ของกราฟที่วาดที่จุดจะสร้างมุมแหลมโดยมีทิศทางบวกของแกน ซึ่งหมายความว่าอนุพันธ์ ณ จุดนั้นเป็นบวก

เมื่อถึงจุดที่ฟังก์ชันของเราลดลง แทนเจนต์ ณ จุดนี้ทำให้เกิดมุมป้านโดยมีทิศทางบวกของแกน เนื่องจากแทนเจนต์ของมุมป้านเป็นลบ อนุพันธ์ ณ จุดนั้นจึงเป็นลบ

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น:

หากฟังก์ชันเพิ่มขึ้น อนุพันธ์ของฟังก์ชันจะเป็นค่าบวก

ถ้ามันลดลง อนุพันธ์ของมันจะเป็นลบ

จะเกิดอะไรขึ้นที่จุดสูงสุดและต่ำสุด? เราจะเห็นว่าที่จุด (จุดสูงสุด) และ (จุดต่ำสุด) เส้นสัมผัสกันเป็นแนวนอน ดังนั้นแทนเจนต์ของแทนเจนต์ที่จุดเหล่านี้จึงเป็นศูนย์ และอนุพันธ์ก็เป็นศูนย์เช่นกัน

จุด - จุดสูงสุด ณ จุดนี้ การเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันจะถูกแทนที่ด้วยการลดลง ดังนั้น เครื่องหมายของอนุพันธ์จึงเปลี่ยน ณ จุดจาก "บวก" เป็น "ลบ"

ณ จุด - จุดต่ำสุด - อนุพันธ์ก็เป็นศูนย์เช่นกัน แต่เครื่องหมายเปลี่ยนจาก "ลบ" เป็น "บวก"

สรุป: การใช้อนุพันธ์ทำให้เราสามารถค้นหาทุกสิ่งที่เราสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของฟังก์ชัน

หากอนุพันธ์เป็นบวก ฟังก์ชันจะเพิ่มขึ้น

ถ้าอนุพันธ์เป็นลบ ฟังก์ชันจะลดลง

ที่จุดสูงสุด อนุพันธ์จะเป็นศูนย์และเปลี่ยนเครื่องหมายจาก "บวก" เป็น "ลบ"

ที่จุดต่ำสุด อนุพันธ์ยังเป็นศูนย์และเปลี่ยนเครื่องหมายจาก "ลบ" เป็น "บวก"

มาเขียนข้อสรุปเหล่านี้ในรูปแบบของตาราง:

	เพิ่มขึ้น	จุดสูงสุด	ลดลง	จุดต่ำสุด	เพิ่มขึ้น
+	0	-	0	+

ขอชี้แจงเล็กๆ น้อยๆ สองเรื่อง คุณจะต้องมีหนึ่งในนั้นเมื่อแก้ไขปัญหา USE อีกอย่างคือในปีแรกที่มีการศึกษาฟังก์ชันและอนุพันธ์อย่างจริงจังมากขึ้น

เป็นไปได้ว่าอนุพันธ์ของฟังก์ชัน ณ จุดใดจุดหนึ่งจะเท่ากับศูนย์ แต่ฟังก์ชันนั้นไม่มีค่าสูงสุดหรือค่าต่ำสุด ณ จุดนี้ นี่คือสิ่งที่เรียกว่า :

ณ จุดหนึ่ง เส้นสัมผัสของกราฟจะเป็นแนวนอนและอนุพันธ์เป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ก่อนถึงจุด ฟังก์ชันจะเพิ่มขึ้น - และหลังจากจุดนั้น ฟังก์ชันจะเพิ่มขึ้นต่อไป เครื่องหมายของอนุพันธ์ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ยังคงเป็นบวกเหมือนเดิม

นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นว่า ณ จุดสูงสุดหรือต่ำสุดไม่มีอนุพันธ์อยู่ บนกราฟ สิ่งนี้สอดคล้องกับการหักกะทันหัน เมื่อไม่สามารถวาดเส้นสัมผัสกัน ณ จุดที่กำหนดได้

จะหาอนุพันธ์ได้อย่างไรถ้าฟังก์ชันไม่ได้ถูกกำหนดโดยกราฟ แต่ถูกกำหนดโดยสูตร? ในกรณีนี้จะใช้ได้

ปัญหา B9 ให้กราฟของฟังก์ชันหรืออนุพันธ์ที่คุณต้องการหาปริมาณใดปริมาณหนึ่งต่อไปนี้:

1. มูลค่าของอนุพันธ์ ณ จุดใดจุดหนึ่ง x 0
2. คะแนนสูงสุดหรือต่ำสุด (คะแนนสุดขีด)
3. ช่วงของฟังก์ชันการเพิ่มและลด (ช่วงของความน่าเบื่อ)

ฟังก์ชันและอนุพันธ์ที่นำเสนอในปัญหานี้มีความต่อเนื่องกันอยู่เสมอ ทำให้การแก้ปัญหาง่ายขึ้นมาก แม้ว่างานนี้จะอยู่ในส่วนของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ แต่แม้แต่นักเรียนที่อ่อนแอที่สุดก็สามารถทำได้ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีความรู้เชิงทฤษฎีเชิงลึกที่นี่

ในการค้นหาค่าของอนุพันธ์ จุดสุดขั้ว และช่วงความซ้ำซ้อน มีอัลกอริธึมที่ง่ายและเป็นสากล - ทั้งหมดนี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

อ่านเงื่อนไขของปัญหา B9 อย่างละเอียดเพื่อหลีกเลี่ยงการทำผิดพลาดโง่ๆ: บางครั้งคุณอาจเจอข้อความที่ค่อนข้างยาว แต่มีเงื่อนไขสำคัญบางประการที่ส่งผลต่อแนวทางการแก้ปัญหา

การคำนวณมูลค่าอนุพันธ์ วิธีสองจุด

หากปัญหาได้รับกราฟของฟังก์ชัน f(x) แทนเจนต์กับกราฟนี้ที่จุดใดจุดหนึ่ง x 0 และจำเป็นต้องค้นหาค่าของอนุพันธ์ ณ จุดนี้ อัลกอริทึมต่อไปนี้จะถูกนำไปใช้:

1. ค้นหาจุด "เพียงพอ" สองจุดบนกราฟแทนเจนต์: พิกัดของมันต้องเป็นจำนวนเต็ม ลองแสดงจุดเหล่านี้เป็น A (x 1 ; y 1) และ B (x 2 ; y 2) จดพิกัดให้ถูกต้อง - นี่คือประเด็นสำคัญในการแก้ปัญหา และข้อผิดพลาดใดๆ ที่จะนำไปสู่คำตอบที่ไม่ถูกต้อง
2. เมื่อรู้พิกัดแล้ว ง่ายต่อการคำนวณการเพิ่มขึ้นของอาร์กิวเมนต์ Δx = x 2 − x 1 และการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชัน Δy = y 2 − y 1 .
3. ในที่สุด เราก็พบค่าของอนุพันธ์ D = Δy/Δx กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณต้องหารการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันด้วยการเพิ่มอาร์กิวเมนต์ และนี่จะเป็นคำตอบ

โปรดทราบอีกครั้ง: จะต้องค้นหาจุด A และ B บนเส้นสัมผัสกันอย่างแม่นยำ ไม่ใช่บนกราฟของฟังก์ชัน f(x) ดังที่มักเกิดขึ้น เส้นสัมผัสกันจะต้องมีจุดดังกล่าวอย่างน้อยสองจุด มิฉะนั้นโจทย์จะกำหนดไม่ถูกต้อง

พิจารณาจุด A (−3; 2) และ B (−1; 6) และค้นหาส่วนเพิ่ม:
∆x = x 2 − x 1 = −1 − (−3) = 2; Δy = y 2 − y 1 = 6 − 2 = 4

มาหาค่าของอนุพันธ์กันดีกว่า: D = Δy/Δx = 4/2 = 2

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y = f(x) และแทนเจนต์ของฟังก์ชันที่จุดที่มี abscissa x 0 ค้นหาค่าอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ที่จุด x 0 .

พิจารณาจุด A (0; 3) และ B (3; 0) ค้นหาส่วนเพิ่ม:
∆x = x 2 − x 1 = 3 − 0 = 3; Δy = y 2 − y 1 = 0 − 3 = −3

ตอนนี้เราพบค่าของอนุพันธ์แล้ว: D = Δy/Δx = −3/3 = −1

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของฟังก์ชัน y = f(x) และแทนเจนต์ของฟังก์ชันที่จุดที่มี abscissa x 0 ค้นหาค่าอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ที่จุด x 0 .

พิจารณาจุด A (0; 2) และ B (5; 2) และค้นหาส่วนเพิ่ม:
∆x = x 2 − x 1 = 5 − 0 = 5; Δy = y 2 − y 1 = 2 − 2 = 0

ยังคงต้องค้นหาค่าของอนุพันธ์: D = Δy/Δx = 0/5 = 0

จากตัวอย่างสุดท้าย เราสามารถกำหนดกฎได้: ถ้าแทนเจนต์ขนานกับแกน OX อนุพันธ์ของฟังก์ชันที่จุดแทนเจนต์จะเป็นศูนย์ ในกรณีนี้ คุณไม่จำเป็นต้องนับอะไรเลย เพียงแค่ดูกราฟ

การคำนวณคะแนนสูงสุดและต่ำสุด

บางครั้ง แทนที่จะเป็นกราฟของฟังก์ชัน ปัญหา B9 จะให้กราฟของอนุพันธ์ และจำเป็นต้องค้นหาจุดสูงสุดหรือต่ำสุดของฟังก์ชัน ในสถานการณ์นี้ วิธีสองจุดไม่มีประโยชน์ แต่มีอัลกอริธึมอื่นที่ง่ายกว่าด้วยซ้ำ ขั้นแรก เรามากำหนดคำศัพท์กันก่อน:

1. จุด x 0 เรียกว่าจุดสูงสุดของฟังก์ชัน f(x) หากในย่านใกล้เคียงของจุดนี้มีความไม่เท่าเทียมกันดังต่อไปนี้: f(x 0) ≥ f(x)
2. จุด x 0 เรียกว่าจุดต่ำสุดของฟังก์ชัน f(x) หากในย่านใกล้เคียงของจุดนี้มีความไม่เท่าเทียมกันดังต่อไปนี้: f(x 0) ≤ f(x)

หากต้องการค้นหาจุดสูงสุดและต่ำสุดจากกราฟอนุพันธ์ ให้ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. เขียนกราฟอนุพันธ์ใหม่ โดยลบข้อมูลที่ไม่จำเป็นออกทั้งหมด ตามที่แสดงในทางปฏิบัติ ข้อมูลที่ไม่จำเป็นจะรบกวนการตัดสินใจเท่านั้น ดังนั้นเราจึงทำเครื่องหมายศูนย์ของอนุพันธ์บนแกนพิกัด - เท่านี้ก็เรียบร้อย
2. ค้นหาสัญญาณของอนุพันธ์ในช่วงเวลาระหว่างศูนย์ ถ้าในบางจุด x 0 ทราบว่า f'(x 0) ≠ 0 แสดงว่าเป็นไปได้เพียงสองตัวเลือกเท่านั้น: f'(x 0) ≥ 0 หรือ f'(x 0) ≤ 0 เครื่องหมายของอนุพันธ์คือ ระบุได้ง่ายจากภาพวาดต้นฉบับ: หากกราฟอนุพันธ์อยู่เหนือแกน OX ดังนั้น f'(x) ≥ 0 และในทางกลับกัน หากกราฟอนุพันธ์อยู่ใต้แกน OX ดังนั้น f'(x) ≤ 0
3. เราตรวจสอบศูนย์และสัญญาณของอนุพันธ์อีกครั้ง โดยที่เครื่องหมายเปลี่ยนจากลบเป็นบวกคือจุดต่ำสุด ในทางกลับกัน หากเครื่องหมายของอนุพันธ์เปลี่ยนจากบวกเป็นลบ นี่คือจุดสูงสุด การนับจะทำจากซ้ายไปขวาเสมอ

รูปแบบนี้ใช้ได้กับฟังก์ชันต่อเนื่องเท่านั้น - ไม่มีฟังก์ชันอื่นในปัญหา B9

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ที่กำหนดในช่วงเวลา [−5; 5]. ค้นหาจุดต่ำสุดของฟังก์ชัน f(x) บนส่วนนี้

กำจัดข้อมูลที่ไม่จำเป็นออกไปและเหลือเพียงขอบเขต [−5; 5] และศูนย์ของอนุพันธ์ x = −3 และ x = 2.5 เรายังสังเกตสัญญาณ:

แน่นอนว่า ณ จุด x = −3 เครื่องหมายของอนุพันธ์จะเปลี่ยนจากลบเป็นบวก นี่คือจุดต่ำสุด

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ที่กำหนดในช่วงเวลา [−3; 7]. ค้นหาจุดสูงสุดของฟังก์ชัน f(x) บนส่วนนี้

ลองวาดกราฟใหม่โดยเหลือเพียงขอบเขต [−3; 7] และศูนย์ของอนุพันธ์ x = −1.7 และ x = 5 ให้เราสังเกตสัญญาณของอนุพันธ์บนกราฟผลลัพธ์ เรามี:

เห็นได้ชัดว่า ณ จุด x = 5 เครื่องหมายของอนุพันธ์เปลี่ยนจากบวกเป็นลบ - นี่คือจุดสูงสุด

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ซึ่งกำหนดบนช่วง [−6; 4]. ค้นหาจำนวนจุดสูงสุดของฟังก์ชัน f(x) ที่อยู่ในเซกเมนต์ [−4; 3].

จากเงื่อนไขของปัญหา เป็นไปตามว่าเพียงพอที่จะพิจารณาเฉพาะส่วนของกราฟที่ถูกจำกัดโดยเซ็กเมนต์ [−4; 3]. ดังนั้นเราจึงสร้างกราฟใหม่โดยทำเครื่องหมายเฉพาะขอบเขต [−4; 3] และศูนย์ของอนุพันธ์ข้างใน กล่าวคือ คะแนน x = −3.5 และ x = 2 เราได้รับ:

บนกราฟนี้มีจุดสูงสุดเพียงจุดเดียว x = 2 ณ จุดนี้เองที่เครื่องหมายของอนุพันธ์เปลี่ยนจากบวกเป็นลบ

หมายเหตุเล็กๆ เกี่ยวกับจุดที่มีพิกัดที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม ตัวอย่างเช่น ในโจทย์ข้อสุดท้ายถือว่าจุด x = −3.5 แต่ด้วยความสำเร็จแบบเดียวกัน เราก็สามารถหา x = −3.4 ได้ หากรวบรวมปัญหาได้อย่างถูกต้องการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ควรส่งผลกระทบต่อคำตอบเนื่องจากประเด็น "ไม่มีที่อยู่อาศัยถาวร" ไม่ได้มีส่วนร่วมในการแก้ไขปัญหาโดยตรง แน่นอนว่าเคล็ดลับนี้ใช้ไม่ได้กับจำนวนเต็ม

การหาช่วงเวลาของฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้นและลดลง

ในปัญหาดังกล่าว เช่น จุดสูงสุดและต่ำสุด ขอเสนอให้ใช้กราฟอนุพันธ์เพื่อค้นหาพื้นที่ที่ฟังก์ชันนั้นเพิ่มขึ้นหรือลดลง ก่อนอื่น เรามานิยามกันว่าการเพิ่มขึ้นและลดลงคืออะไร:

1. ฟังก์ชัน f(x) กล่าวกันว่าเพิ่มขึ้นบนเซ็กเมนต์ ถ้าจุดสองจุดใดๆ x 1 และ x 2 จากเซ็กเมนต์นี้ ข้อความต่อไปนี้เป็นจริง: x 1 ≤ x 2 ⇒ f(x 1) ≤ f(x 2) . กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งค่าอาร์กิวเมนต์มากขึ้น ค่าฟังก์ชันก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย
2. ฟังก์ชัน f(x) กล่าวกันว่ากำลังลดลงบนเซ็กเมนต์ ถ้าจุดสองจุดใดๆ x 1 และ x 2 จากเซ็กเมนต์นี้ ข้อความต่อไปนี้เป็นจริง: x 1 ≤ x 2 ⇒ f(x 1) ≥ f(x 2) . เหล่านั้น. ค่าอาร์กิวเมนต์ที่ใหญ่กว่าจะสอดคล้องกับค่าฟังก์ชันที่น้อยกว่า

ให้เรากำหนดเงื่อนไขที่เพียงพอสำหรับการเพิ่มขึ้นและลดลง:

1. เพื่อให้ฟังก์ชันต่อเนื่อง f(x) เพิ่มขึ้นในส่วน ก็เพียงพอแล้วที่อนุพันธ์ภายในส่วนจะเป็นค่าบวก เช่น ฉ’(x) ≥ 0
2. เพื่อให้ฟังก์ชันต่อเนื่อง f(x) ลดลงในส่วน ก็เพียงพอแล้วที่อนุพันธ์ภายในส่วนจะเป็นลบเช่น ฉ’(x) ≤ 0.

ให้เรายอมรับข้อความเหล่านี้โดยไม่มีหลักฐาน ดังนั้นเราจึงได้โครงร่างสำหรับการค้นหาช่วงเวลาของการเพิ่มขึ้นและลดลงซึ่งคล้ายกับอัลกอริทึมในการคำนวณจุดสุดขั้วหลายประการ:

1. ลบข้อมูลที่ไม่จำเป็นทั้งหมด ในกราฟดั้งเดิมของอนุพันธ์ เราสนใจศูนย์ของฟังก์ชันเป็นหลัก ดังนั้นเราจะเหลือไว้เพียงศูนย์เท่านั้น
2. ทำเครื่องหมายสัญญาณของอนุพันธ์ในช่วงเวลาระหว่างศูนย์ เมื่อ f’(x) ≥ 0 ฟังก์ชันจะเพิ่มขึ้น และเมื่อ f’(x) ≤ 0 ฟังก์ชันจะลดลง หากปัญหาทำให้เกิดข้อจำกัดกับตัวแปร x เราจะทำเครื่องหมายตัวแปรเหล่านั้นบนกราฟใหม่เพิ่มเติม
3. ตอนนี้เรารู้พฤติกรรมของฟังก์ชันและข้อจำกัดแล้ว เหลือเพียงการคำนวณปริมาณที่ต้องการในปัญหา

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ที่กำหนดในช่วงเวลา [−3; 7.5]. ค้นหาช่วงการลดลงของฟังก์ชัน f(x) ในคำตอบของคุณ ให้ระบุผลรวมของจำนวนเต็มที่อยู่ในช่วงเวลาเหล่านี้

ตามปกติ เราจะวาดกราฟใหม่และทำเครื่องหมายขอบเขต [−3; 7.5] เช่นเดียวกับศูนย์ของอนุพันธ์ x = −1.5 และ x = 5.3 จากนั้นเราสังเกตสัญญาณของอนุพันธ์ เรามี:

เนื่องจากอนุพันธ์เป็นลบในช่วงเวลา (− 1.5) นี่คือช่วงของฟังก์ชันที่ลดลง ยังคงต้องรวมจำนวนเต็มทั้งหมดที่อยู่ในช่วงเวลานี้:
−1 + 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 14.

งาน. รูปนี้แสดงกราฟของอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) ซึ่งกำหนดบนช่วง [−10; 4]. ค้นหาช่วงการเพิ่มขึ้นของฟังก์ชัน f(x) ในคำตอบของคุณ ให้ระบุความยาวของส่วนที่ใหญ่ที่สุด

มากำจัดข้อมูลที่ไม่จำเป็นกันเถอะ ให้เราเหลือเพียงขอบเขต [−10; 4] และศูนย์ของอนุพันธ์ ซึ่งคราวนี้มีสี่ตัว: x = −8, x = −6, x = −3 และ x = 2 ลองทำเครื่องหมายเครื่องหมายของอนุพันธ์แล้วได้ภาพต่อไปนี้:

เราสนใจช่วงเวลาของฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้น เช่น โดยที่ f’(x) ≥ 0 มีช่วงเวลาดังกล่าวสองช่วงบนกราฟ: (−8; −6) และ (−3; 2) มาคำนวณความยาวกัน:
ลิตร 1 = − 6 − (−8) = 2;
ลิตร 2 = 2 − (−3) = 5

เนื่องจากเราจำเป็นต้องค้นหาความยาวของช่วงที่ใหญ่ที่สุด เราจึงเขียนค่า l 2 = 5 เป็นคำตอบ