Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

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