Matematické Fórum


1. 8. 2026 (L) Fórum bude brzy uzavřeno 😿

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 05. 07. 2013 22:08

Fobl
Příspěvky: 191
Škola: FAV ZČU
Pozice: student
Reputace:   
 

Stanovení průběhu funkce

Dobrý den.
Mám zadán příklad:
Stanovte průběh funkce $f(x)= x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$ Nevím, jak tento příklad řešit, jelikož znám akorát postup ze střední školy, dosazovat si za x, který je v matematické analýze naprosto nepřípustný. Vím, že bodem nespojitosti je 0. Slyšel jsem, že by se to mělo řešit přes dvojnou derivaci, která by mně vyšla: $2+24x^{-4}$, ale teď nevím, co s tím. Na trialu jsem na to žádný příklad nenašel.

Offline

 

#2 05. 07. 2013 22:19

Jan Jícha
Veterán
Místo: Plzeň/Mnichov
Příspěvky: 1801
Škola: ZČU - FST - KMM
Pozice: Safety Engineer
Reputace:   74 
Web
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Ahoj, určit definiční obor, spočítat limity do +- nekonečna, spočítat limity v bodu nespojitosti zleva i zprava.

Zjistit stacionární body, extrémy, konkávnost konvexnost. Určit obor hodnot. ... atp.

Offline

 

#3 06. 07. 2013 22:26

Fobl
Příspěvky: 191
Škola: FAV ZČU
Pozice: student
Reputace:   
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Dobrý den.
Vyšlo mně, že bodem nespojitosti je 0.  Napadá mě, že defininí obor D(f) = R - {0}. Limita pro +-nekonečno: $\lim_{x\to\infty }x^{2}+\frac{4}{x^{2}}=\infty $ $\lim_{x\to-\infty }x^{2}+\frac{4}{x^{2}}=-\infty $ pro bod nespojitosti $\lim_{x\to0-}x^{2}+\frac{4}{x^{2}}= \infty $ a $\lim_{x\to0+}x^{2}+\frac{4}{x^{2}}= \infty $. Stacionární body mně vyšli po dosazení do rovnice: $2x - 8x^{-3}=0
$ takto: $x_{1}=\sqrt{2}$ $x_{2}=-\sqrt{2}$ S extrémem si nejsem jist, ale vyšel mně, $2+24x^{-4}$, protože mám dojem, že mně vyšel determinant 1. řádu, ale teď nevím, jak určit, zda je funkce lichá nebo sudá, konkávní nebo konvexní a obor hodnot H(f).

Offline

 

#4 06. 07. 2013 23:28 — Editoval bismarck (06. 07. 2013 23:30)

bismarck
Příspěvky: 219
Reputace:   31 
 

Re: Stanovení průběhu funkce

↑ Fobl:
$f(x)= x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$

Bod nespojitosti, definičný obor, limita pro +nekonečná je správna, ale už pro -nekonečná nesprávna

$\lim_{x\to-\infty }x^{2}+\frac{4}{x^{2}}=-\infty $ - nesprávne

Keď každé záporné číslo umocňujete na 2,4,6,....2k (sudí exponent), tak vždy výsledná hodnota bude kladná
napr.: $(-2)^{2}=(-2)(-2)=2^{2}=4$

Limita pre body nespojitosti sú správne, stacionárne body sú správne určené, 1 a 2 derivácia funkcie je správne vypočítaná.


Pre zistenie lokal. extrému dosadíte stacionárny bod do 2 derivácie
Ak f''(x)>0 lok. minimum.
Ak  f''(x)<0, tak v bode x je lok. maximum

Pre lichu funkciu platí $f(-x)=-f(x)$, ak x patrí do D(f)
Pre sudu funkciu platí $f(-x)=f(x)$, ak x patrí do D(f)
Pre konkavnú f. platí $f''(x)\le  0$
Pre konvexnú f. platí $f''(x)\ge  0$

Ja by som povedal, že $H(f)=\langle4,\infty )$, lebo funkcia je sudá a $f(\pm \sqrt{2})=4$ (lok. minimum).

Offline

 

#5 07. 07. 2013 19:55

Fobl
Příspěvky: 191
Škola: FAV ZČU
Pozice: student
Reputace:   
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Dobrý den.
Je mi jasné, že limitu pro - nekonečno mám špatně, jelikož je to také plus nekonečno. Nevím, jak jsme došli k minimu, že je v bodě 4. 4 by nám vyšlo, pokud bychom si dosadili $\sqrt{2}$ za x, protože $(\sqrt{2})^{4}=4$ a ostatní neřešili, protože když dosadím stacionární body za výraz: $2+24^{x-4}$, vyjde nám $8$, ale to tipuju, bude nejspíš špatně. Jestli je funkce sudá nebo lichá, zjistím tímto způsobem. Pochopil li jsem to správně. $f(x)=(\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(\sqrt{2})^{2}}=4$ $f(-x)=(-\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(-\sqrt{2})^{2}}=4$, tak že mně vyjde, že funkce je sudá.

Offline

 

#6 07. 07. 2013 20:49 — Editoval bismarck (07. 07. 2013 23:05)

bismarck
Příspěvky: 219
Reputace:   31 
 

Re: Stanovení průběhu funkce

↑ Fobl:

Lok. minimum nie je v bode 4, to ja netvrdím.

Vypočítali ste, že stacionárne body sú  $-\sqrt{2} $ a $\sqrt{2} $

Stacionárne body dosadíte do 2 derivácie funkcie
Ak f''(x)>0 lok. minimum.
Ak  f''(x)<0, tak v bode x je lok. maximum

$f''(\sqrt{2})=2+24\cdot (\sqrt{2})^{-4}=8$ → 8>0 - lok. minimum
$f''(-\sqrt{2})=2+24\cdot (-\sqrt{2})^{-4}=8$ → 8>0 - lok. minimum
Zistili sme, že v bodoch $-\sqrt{2} $ a $\sqrt{2} $ má funkcia lokálne minimum.
Ak chceme zistiť funkčné hodnoty funkcie v bode $-\sqrt{2} $ a $\sqrt{2} $, dosadíme body do predpisu funkcie.
__________

$f(x)=k$
Čítame:
Funkčná hodnota funkcie f v bode x je k
__________

$f(\sqrt{2})=(\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(\sqrt{2})^{2}}=4$
$f(-\sqrt{2})=(-\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(-\sqrt{2})^{2}}=4$

Teraz môžme zapísať:
LOKÁLNE MINIMUM:
$f(\sqrt{2})=4\\
f(-\sqrt{2})=4$

Môžete aj takým spôsobom zistiť , či je f. lichá alebo sudá, ale môžete na to prísť jednoduchšie.
$f(-\sqrt{2})=(-\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(-\sqrt{2})^{2}}=4$ - pre úplnosť píšte tie body
$f(\sqrt{2})=(\sqrt{2})^{2}+\frac{4}{(\sqrt{2})^{2}}=4$

Jednoduchší, všeobecný postup:
ak $x,-x\in D(f)$, potom platí pre sudú funkciu $f(-x)=f(x)$

$f(x)= x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$
$f(-x)= (-x)^{2}+\frac{4}{(-x)^{2}}=x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$
Funkcia je sudá

Offline

 

#7 08. 07. 2013 21:58 Příspěvek uživatele bismarck byl skryt uživatelem bismarck.

#8 09. 07. 2013 07:58

Fobl
Příspěvky: 191
Škola: FAV ZČU
Pozice: student
Reputace:   
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Dobrý den.
Poslední věc, která by mně zbývala, je určit, na jakém intervalu je funkce konvexní a na jakém konkávní. Když dosadím za dvojnou derivaci: $0=2 + 24x^{-4}$ $-2=24x^{-4}$ $x^{4}=-12 $  a vyjde mně: $x=-\sqrt[4]{12}$ Vím, že platí, že když: $f''(x)<0$, pak je funkce konkávní. Ale teď mně zbývá otázka, jak určit, na jakém intervalu je konkávní a na jakém konvexní.

Offline

 

#9 09. 07. 2013 14:00 — Editoval bismarck (09. 07. 2013 14:04)

bismarck
Příspěvky: 219
Reputace:   31 
 

Re: Stanovení průběhu funkce

↑ Fobl:

K riešeniu rovnice  $0=2 + 24x^{-4}$, vyšiel Vám koreň $x=-\sqrt[4]{12}$, ten je nesprávny, správny je $x=\sqrt[4]{-12}$, záporne číslo so sudou odmocninou, nevieme odmocniť v obore R čísel.
$x=\sqrt[4]{-12}$ to je len 1 koreň rovnice, rovnica má 4 korene v C obore
___________________

Konkávna
$2 + 24x^{-4}\le0\\
2 + \frac{24}{x^{4}}\le0$
Nerovnica je v podielovom tvare, takéto nerovnice riešime grafický, tabuľkou, ...
V tomto prípade, vieme nerovnicu vyriešiť úsudkom.
Každé R číslo, keď umocnite na 4, tak je kladné, 2 + (kladné č.) bude vždy väčšie ako 0, to znamená, že množina koreňov je prázdna m.

Konvexná funkcia
$2 + 24x^{-4}\ge 0\\
2 + \frac{24}{x^{4}}\ge0$
Každé R číslo, keď umocnite na 4, tak je kladné, 2 + (kladné č.) bude vždy väčšie ako 0, to znamená, že množina koreňov sú R-{0}, čo je D(f)

Funkcia $f(x)= x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$ je konvexná na intervale definičného oboru D(f)=R-{0} (konkávna nie je)

Offline

 

#10 09. 07. 2013 16:23

Fobl
Příspěvky: 191
Škola: FAV ZČU
Pozice: student
Reputace:   
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Dobrý den.
Takže nám vyjde.
$2 + 24x^{-4}\le0\\
2 + \frac{24}{x^{4}}\le0\\
26 \le 0$, což znamená, že nerovnice nemá řešení, tudíž funkce není konkávní.
A když řešíme nerovnici:
$2 + 24x^{-4}\ge 0\\
2 + \frac{24}{x^{4}}\ge0\\
26 \ge 0$, což znamená, že funkce je konvexní na svém definičním oboru $D(f)= R-\{0\}$, protože je splněna podmínka $f''(x)>0$ Chápu li to dobře.

Offline

 

#11 09. 07. 2013 16:45

Rumburak
Místo: Praha
Příspěvky: 8691
Reputace:   502 
 

Re: Stanovení průběhu funkce

Ahoj vespolek. 

Někdy, jako např. i zde,  je možné si  situaci poněkud zjednodušit a tím usnadnit výpočet. 

U funkce  $f(x)= x^{2}+\frac{4}{x^{2}}$ bude výhodné provést substituci $x^2 = t$ a  vyšetřit průběh  jednodušší funkce
$g(t) := t + \frac{4}{t}  ,    t \in (0, +\infty)$ (má jednodušší derivaci a snáze se budou hledat její stacionární body)
a získané výsledky ohledně extrémů funkce $g(t)$ přenést na funkci $f(x)$ při $x \in (0, +\infty) $  (protože funkce
$x = \sqrt{t}$ zobrazující inteval $(0, +\infty)$ sám na sebe je rostoucí;  přechod k intervalu  $(-\infty, 0)$ pro $x$
se provede využitím skutečnosti, že funkce  $f$ je sudá, tj. splňuje na svém definičním oboru identitu $f(-x) = f(x)$).

Konkretněji:  $g'(t) := 1 - \frac{4}{t^2}$ , rovnice $g'(t) = 0$  má na $(0, +\infty)$ jediný kořen, a sice $t = 2$ , v němž je
absolutní minimum funkce $g$ na $(0, +\infty)$. Zdůvodnění: funkce  $g$ splňuje

                              $\lim_{t \to 0+}g(t) = \lim_{t \to +\infty}g(t) = +\infty$

a je na $(0, +\infty)$ spojitá, takže bod $m$, v němž na tomto intervalu nabývá absolutního minima, existuje, a sice uvnitř
tohoto intervalu. Takže buďto $g(m)$ neexistuje, nebo $g(m)=0$ . První případ se neuplatní, druhý dává jedinou možnost
$m = 2$. Odtud také plyne, že tento bod je zároveň jediným bodem, v němž funkce $g$ má lokální extrém,  takže funkce $g$
je klesající na $(0, 2)$ a rostoucí na $(2, +\infty)$

Přeneseno na původní funkci $f$ a interval $(0, +\infty)$ to znamená, že

                              $\lim_{x \to 0+}f(x) = \lim_{x \to +\infty}f(x) = +\infty$ ,

funkce je klesající na $(0, \sqrt{2})$ a rostoucí na  $(\sqrt{2}, +\infty)$ , v bodě $\sqrt{2}$ má abs. minimum.
Přenést výsledek na interval $(-\infty, 0)$ by neměl být problém vzhledem k sudosti funkce $f$.


Ale POZOR: Konvexnost, konkávnost ani inflexní body funkce  $f$ by se takto hledat nedaly (nelineární substituce má obecně
vliv na  křivost grafu funkce).

Offline

 

#12 09. 07. 2013 16:46

bismarck
Příspěvky: 219
Reputace:   31 
 

Re: Stanovení průběhu funkce

↑ Fobl:

Zhrniem to, nerovnice v podielovom tvare (aj v súčinovom tvare) možno riešiť grafický alebo výpočtom, t.j. tabuľkou, niektoré jednoduché nerovnice môžeme vyriešiť úsudkom

Ak dobre chápem Vášmu postupu, tak ste dosadili -1 za x, prípadne 1, postupovali ste takto:
"Každé R číslo, keď umocnite na 4, tak je kladné, 2 + (kladné č.) bude vždy väčšie ako 0, to znamená, že množina koreňov je prázdna m."
$2 + 24x^{-4}\le0\\
2 + \frac{24}{x^{4}}\le0\\
26 \le 0$

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson