Максимумы, минимумы функций (для ДО)

Тема: Максимумы, минимумы функций

1. Изучить весь предложенный теоритический материал по данной теме и записать в тетрадь.

2. Рассмотреть пример 1,2 и записать в тетрадь.

3. Решить самостоятельно в тетради (отправить мне на эл. почту) – за третий пункт будет выставлена оценка!

1. Минимумом называют точку на функции, в которой значение функции меньше, чем в соседних точках.

2. Максимумом называют точку на функции, в которой значение функции больше, чем в соседних точках.

Также можно сказать, что в этих точках меняется направление движения функции: если функция перестает падать и начинает расти – это точка минимума, наоборот – максимума.

Минимумы и максимумы вместе именуют экстремумами функции.

Иными словами, все пять точек, выделенных на графике ниже, являются экстремумами.

В точках экстремумов (т.е. максимумов и минимумов) производная равна нулю.

Благодаря этому найти эти точки не составляет проблем, даже если у вас нет графика функции.

Внимание! Когда пишут экстремумы или максимумы/минимумы имеют в виду значение функции т.е. y. Когда пишут точки экстремумов или точки максимумов/минимумов имеют в виду иксы в которых достигаются максимумы/минимумы. Например, на рисунке ниже, −5 точка минимума, а 1 – минимум (или экстремум - смотрим по ОУ).

3. Как найти точки экстремумов функции по графику производной?

Давайте вместе найдем количество точек экстремума функции по графику производной на примере:

У нас дан график производной — значит ищем в каких точках на графике производная равна нулю. Очевидно, это точки −13, −11, −9,−7 и 3. Количество точек экстремума функции 5.

Внимание! Если дан график производной функции, а нужно найти точки экстремумов функции, мы не считаем максимумы и минимумы производной! Мы считаем точки, в которых производная функции обращается в ноль (т.е. пересекает ось x).

4. Как найти точки максимумов или минимумов функции по графику производной)?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить еще два важных правил:

- Производная положительна там, где функция возрастает. - Производная отрицательна там, где функция убывает.

С помощью этих правил давайте найдем на графике производной точки минимума и максимума функции.

Понятно, что минимумы и максимумы надо искать среди точек экстремумов, т.е. среди −13, −11, −9,−7 и 3.

Чтобы проще было решать задачу расставим на рисунке сначала знаки плюс и минус, обозначающие знак производной. Потом стрелки – обозначающие возрастание, убывания функции.

Начнем с−13: до −13 производная положительна т.е. функция растет, после - производная отрицательна т.е. функция падает. Если это представить, то становится ясно, что −13 – точка максимума.

−11: производная сначала положительна, а потом отрицательна, значит функция возрастает, а потом убывает. Опять попробуйте это мысленно нарисовать и вам станет очевидно, что −11 – это минимум.

−9: функция возрастает, а потом убывает – максимум.

−7: минимум.

3: максимум.

Все вышесказанное можно обобщить следующими выводами:

- Функция имеет максимум там, где производная равна нулю и меняет знак с плюса на минус. - Функция имеет минимум там, где производная равна нулю и меняет знак с минуса на плюс.

Как найти точки максимумов и минимумов если известна формула функции?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно делать все то же, что и в предыдущем пункте: находить где производная положительна, где отрицательна и где равна нулю. Чтобы было понятнее напишу алгоритм с примером решения:

1. Найдите производную функции f′(x).
2. Найдите корни уравнения f′(x)=0.
3. Нарисуйте ось x и отметьте на ней точки полученные в пункте 2, изобразите дугами промежутки, на которые разбивается ось. Подпишите над осью f′(x), а под осью f(x).
4. Определите знак производной в каждом промежутке (методом интервалов).
5. Поставьте знак производной в каждом промежутке (над осью), а стрелкой укажите возрастание (↗) или убывание (↘) функции (под осью).
6. Определите, как изменился знак производной при переходе через точки, полученные в пункте 2: - если f′(x) изменила знак с «+» на «−», то x1 – точка максимума; - если f′(x) изменила знак с «−» на «+», то x3 – точка минимума; - если f′(x) не изменила знак, то x2 – может быть точкой перегиба.

Всё! Точки максимумов и минимумов найдены.

Изображая на оси точки в которых производная равна нулю – масштаб можно не учитывать. Поведение функции можно показать так, как это сделано на рисунке ниже. Так будет очевиднее где максимум, а где минимум.

2.Рассмотрим примеры:

Пример 1.

Найдите точку максимума функции y=3x⁵−20x³−54. Решение:

1.Найдем производную функции: y′=15x⁴−60x². 2. Приравняем её к нулю и решим уравнение:

15x⁴−60x²=0 |:15 x⁴−4x²=0 x²(x²−4)=0 x=0 x²−4=0 x=±2

3. Нанесем точки на числовую ось и определим, как меняется знак производной и как движется функция:

Теперь очевидно, что точкой максимума является −2.

Ответ. −2.

Пример 2.

Найдите точку максимума функции

Решение 1. Найдём производную (по правилу производная дроби) и приравниваем её к нулю:

Полученные значения переменных наносим на координатную прямую и высчитываем знак производной на каждом из промежутков. Ну например, для первого возьмём -2, тогда производная будет равна -0,24, для второго возьмём 0, тогда производная будет 2, а для третьего возьмём 2, тогда производная будет -0,24. Проставляем соответствующие знаки.

Видим, что при прохождении через точку -1 производная меняет знак с минуса на плюс, то есть это будет точка минимума, а при прохождении через 1 – с плюса на минус, соответственно это точка максимума. Ответ: 1.

3. Исследовать на экстремумы функцию (самостоятельно):

КРИТЕРИИ «5» - все 5 функций

«4» - 3,4 функции

«3» - 2 функции

Решение 3 пункта записываете в тетрадь и предоставляете для проверки, оценка выставляется в ГИС