






Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
2. Korzystaj¡c z definicji pochodnych jednostronnych sprawdzi¢ czy istniej¡ pochodne funkcji: a) f(x) = |x| w punkcie x0 = ...
Typologia: Streszczenia
1 / 11
Ta strona nie jest widoczna w podglądzie
Nie przegap ważnych części!
x^2 + 5 x 0 = 2; f) f (x) = x^4 , x 0 = 0.
x, x 0 = 0 b) f (x) = |x − 4 |, x 0 = 4 c) f (x) = |x| + 4x, x 0 = 0
2 (^3) − 2 x−^3 + 5
x^3 + 7 2) f (x) = 13 x^3 − 32 x^4 + x
4 √x 3 √ (^4) x + 2 ln x − 4 sin x
x)(2x +
x) 4) f (x) = (3x^4 − 4 x + 5) cos x
sin x+cos x sin x−cos x
(^2) ·cos x − 2 x^3 +8x+1 10)^ f^ (x) = cos 2x
x^2 + 2x − 10
arctg x 14) f (x) = (5x − x^5 )^10
1+sin x 1 −sin x
x^3 · sin^2 x
x^3 oblicz f ′(x), g′(x) oraz f ′(
√π 4 ), g
x^3 − 3 x^2 + 2 f) f (x) = x ln^1 x
1 + x^3 , gdy y 0 = 3, d) y = 2
x^2 + 5; gdy x 0 = 2.
x^2 − 4 x− 2 ,^ b)^ lim x→ 0
sin 5x x ,^ c)^ xlim→ 0
sin 2x sin 3x ,^ d)^ xlim→ 0
x−sin x x^3 , e) lim x→+∞
ln x x ,^ f)^ x→lim+∞
x^3 − 2 x+ 4 x^3 +2 ,^ g)^ x→lim+∞
x^4 ex^2 ,^ h)^ xlim→ 0 + x^ ln^ x, i) lim x→ 2 +
(x − 2)e
1 x− (^2) , j) lim x→ 0 −
( (^) x sin^1 x − (^) x^12 ), k) lim x→ 1 x
1 x− (^1) , l) lim x→+∞ (x^2 − e^2 x) ,
m) lim x→ 0 +^
tg x · ln x, n) lim x→ 0 (e^2 x^ + x)
1 x (^) , o) lim x→+∞
π arctg^ x
)x 2 p) lim x→ π 2 −^
(tg x)tg 2x
a) f (x) = −x^3 + x^2 − x, b) f (x) = 3x^4 − 20 x^3 + 48x^2 − 48 x − 2 , c) f (x) = (x+2)
2 x+3 , d) f (x) = lnx^ x e) f (x) = (^) x^42 +4x f) f (x) = x^2 e−x
999 , b) arctg 1, 005 , c) sin 29^0 , d) e^0 ,^04 , e) √ 31 , 98
Je»eli funkcja f jest dwukrotnie ró»niczkowalna na przedziale (a, b). Ponadto dla x 0 ∈ (a, b) zachodz¡ warunki f ′(x 0 ) = 0 oraz f ′′(x 0 ) = − 4 , wówczas w punkcie x 0 mamy: A) punkt przegi¦cia B) asymptot¦ pionow¡ C) minimum lokalne D) maksimum lokalne
Je»eli funkcja f jest trzykrotnie ró»niczkowalna na przedziale (a, b). Ponadto dla x 0 ∈ (a, b) zachodz¡ warunki f ′(x 0 ) = f ′′(0) = 0 oraz f ′′′(x 0 ) = 2, wówczas w punkcie x 0 mamy: A) punkt przegi¦cia B) asymptot¦ pionow¡ C) minimum lokalne D) maksimum lokalne
Je»eli funkcja f jest czterokrotnie ró»niczkowalna na przedziale (a, b). Ponadto dla x 0 ∈ (a, b) zachodz¡ warunki f ′(x 0 ) = f ′′(x 0 ) = f ′′′(x 0 ) = 0 oraz f (4)(x 0 ) = 3, wówczas w punkcie x 0 mamy: A) punkt przegi¦cia B) asymptot¦ pionow¡ C) minimum lokalne D) maksimum lokalne
Pochodna lewostronna funkcji f (x) = | 2 x − 2 | w punkcie x 0 = 1 jest równa: A) − 2 B) 0 C) 2 D) nie istnieje
Wspóªczynnik kierunkowy stycznej do wykresu funkcji f (x) = x (^2) − 1 2 x^2 +1 w punkcie^ x^0 = 0^ wynosi: A) 0 B) − 1 C) 12 D) 2
Je»eli funkcja jest dwukrotnie ró»niczkowalna na przedziale (a, b), ponadto f ′(x) > 0 oraz f ′′(x) < 0 dla ka»dego x ∈ (a, b), to funkcja jest w tym przedziale A) rosn¡ca i wypukªa B) rosn¡ca i wkl¦sªa C) malej¡ca i wypukªa D) malej¡ca i wkl¦sªa
Je»eli funkcja jest dwukrotnie ró»niczkowalna na przedziale (a, b), ponadto f ′(x) ≤ 0 oraz f ′′(x) < 0 dla ka»dego x ∈ (a, b), to funkcja jest w tym przedziale A) rosn¡ca i wy- pukªa
B) nierosn¡ca i wkl¦sªa C) malej¡ca i wypukªa D) niemalej¡ca i wkl¦sªa
Pochodne funkcji elementarnych: Pochodne funkcji elementarnych:
Lp. Wzór 1 Wzór 2 Uwagi
x)′^ = (^) n n√^1 xn− 1
√n
= (^) n n√^1 n− 1 · ′^ n ∈ N \ { 0 , 1 }; x > 0
Podstawowe wzory rachunku ró»niczkowego: Je±li funkcje f, g : D → R, D ⊂ R s¡ ró»niczkowalne w punkcie x 0 ∈ D to funkcje f +g, f −g, f ·g, fg (o ile g(x 0 ) 6 = 0) s¡ ró»niczkowalne w x 0 ∈ D oraz zachodz¡ wzory:
(f ± g)′(x 0 ) = f ′(x 0 ) ± g′(x 0 );
(f · g)′(x 0 ) = f ′(x 0 ) · g(x 0 ) + f (x 0 ) · g′(x 0 );
(f g
(x 0 ) = f^
′(x 0 )g(x 0 )−f (x 0 )g′(x 0 ) g^2 (x 0 ) , o ile^ g(x^0 )^6 = 0;
f (x 0 )
f ′(x 0 );
Twierdzenie 2. (reguªa de L'Hospitala) Niech funkcje f i g b¦d¡ okre±lone, ci¡gªe i ró»niczkowalne na O(x 0 ) przy czym g′(x 0 ) 6 = 0. Ponadto niech istniej¡ granice lim x→x 0 f (x) = lim x→x 0 g(x) = { 0 , +∞, −∞} oraz wªa±ciwa lub niewªa±ciwa
granica lim x→x 0
f ′(x) g′(x) ,^ to istnieje granica^ xlim→x 0
f (x) g(x) oraz zachodzi:
lim x→x 0
f (x) g(x)
= lim x→x 0
f ′(x) g′(x)
Uwaga 2. Powy»sze twierdzenie jest prawdziwe tak»e dla granic jednostronnych oraz granic na ±∞.
Rodzaj przeksztaªce« wykorzystywanych w obliczaniu granic za pomoc¡ reguªy L'Hospitala
Rodzaj nieoznaczono±ci Stosowane przeksztaªcenie Otrzymana nieoznaczono±¢
0 · ∞ f · g = f 1 g
lub f · g = g 1 f
0 0 lub^
∞ ∞
∞ − ∞ f − g =
1 g −^ 1 1 f f g
0 0
1 ∞, ∞^0 , 00 f g^ = eg^ ln^ f^0 · ∞
Przykªad 1. Stosuj¡c reguª¦ L'Hospitala oblicz granice:
a)lim x→ 1
x^4 − 1 x− 1 =^
0
= lim x→ 1
(x^4 −1)′ (x−1)′^ = lim x→ 1
4 x^3 1 =^
4 1 = 4,
b)lim x→ 0
sin x x =^
0
= lim x→ 0
(sin x)′ (x)′^ = lim x→ 0
cos x 1 = 1,
c)lim x→ 0
sin 13x 6 x =^
0
= lim x→ 0
(sin 13x)′ (6x)′^ = lim x→ 0
13 cos 13x 6 =^
13 6 ,
d)lim x→ 0
sin x−ex+ 2 x^2 =^
0
= lim x→ 0
(sin x−ex+1)′ (2x^2 )′^ = lim x→ 0
cos x−ex 4 x =^
0
= lim x→ 0
(cos x−ex)′ (4x)′^ = lim x→ 0
− sin x−ex 4 =^
− 1 4
e)lim x→ 0
e^3 x− 3 x− 1 sin^2 5 x =^
0
= lim x→ 0
(e^3 x− 3 x−1)′ (sin^2 5 x)′^ = lim x→ 0
3 e^3 x− 3 2 ·5 sin 5x cos 5x =^
0
= lim x→ 0
(3e^3 x−3)′ (5 sin 10x)′^ = lim x→ 0
9 e^3 x 5 ·10 cos 10x =^
9 50
f) lim x→+∞
x ln x x+ln x =^
+∞
= lim x→+∞
(x ln x)′ (x+ln x)′^ =^ x→lim+∞
ln x+x· (^1) x 1+ (^1) x x→^ lim+∞
ln x+ 1+ (^1) x^ =^
+∞ 1 = +∞,
g) lim x→ 0 +^
xx^ = [O^0 ]
f g^ = eg^ ln^ f^
= lim x→ 0 +^
ex^ ln^ x
Najpierw obliczmy:
lim x→ 0 +^
x ln x = [0 · +∞]
f · g = g 1 f
= lim x→ 0 +
ln 1 x x
+∞
= lim x→ 0 +
(ln x)′ ( (^) x^1 )′^ =^ xlim→ 0 +
x^1 − 1 x^2
= lim x→ 0 +
−x^2 x = lim x→ 0 +
(−x) = 0.
Zatem lim x→ 0 +^
xx^ = e^0 = 1.
h) lim x→π+
sin x −^
1 π−x
f − g = g^1 −^ f^1 f^1 ·g
= lim x→π+
π−x−sin x (π−x) sin x =^
0
= lim x→π+
(π−x−sin x)′ ((π−x) sin x)′^ =
lim x→π+
− 1 −cos x − sin x+(π−x) cos x
0
= lim x→π+
(− 1 −cos x)′ (− sin x+(π−x) cos x)′^ =^ xlim→π+
sin x −2 cos x−(π−x) sin x =^
0 2+0 = 0.
Równanie stycznej do wykresu funkcji: Je±li funkcja f jest ró»niczkowalna w punkcie x 0 to istnieje niepionowa styczna do wykresu funkcji f w punkcie (x 0 , y 0 ) postaci: y − y 0 = f ′(x 0 )(x − x 0 ).
Wszystkie funkcje s¡ funkcjami ci¡gªymi. Ponadto dla x 6 = 0 f ′(x), g′(x), h′(x) > 0 , w punkcie x = 0 funkcja f jest ró»niczkowalna i f ′(0) = 0, =. Dla funkcji g′(0) = +∞, a funkcja i h nie jest ró»niczkowalne w zerze. Natomiast wszystkie trzy funkcje rosn¡ w caªej swojej dziedzinie. Zatem warunek f ′(x) > 0 jest warunkiem dostatecznym, a nie koniecznym.
Twierdzenie 4. Niech funkcja f (x) b¦dzie okre±lona na przedziale [a, b] oraz ró»niczkowalna w (a, b). Wówczas funkcja f (x) jest:
Przykªad 3. Wyznacz przedziaªy monotoniczno±ci funkcji: a) f (x) = 13 x^3 − 3 x^2 + 5x + 7. Funkcja ta jest ró»niczkowalna oraz
f ′(x) = x^2 − 6 x + 5 = (x − 5)(x − 1).
St¡d f ′(x) > 0 (funkcja monotonicznie ro±nie) dla x ∈ (−∞, 1] ∪ [5, +∞), oraz f ′(x) < 0 (funkcja monotonicznie maleje) dla x ∈ [1, 5].
b) g(x) = (^) x 2 x− 1. Dziedzina funkcji g to: Dg = R \ {− 1 , 1 }. Funkcja jest ró»niczkowalna w Dg oraz jej pochodna wynosi:
g′(x) =
1 · (x^2 − 1) − x · 2 x (x^2 − 1)^2
−x^2 − 1 (x^2 − 1)^2
St¡d g′(x) < 0 (funkcja g monotonicznie maleje ) dla ka»dego x ∈ Dg.
Maksima i minima lokalne
Denicja 4. Mówimy, »e funkcja f okre±lona na otoczeniu punktu x 0 ma w tym punkcie maksimum lokalne, je»eli f (x) ≤ f (x 0 ) dla wszystkich x z S(x 0 ). Punkt x 0 nazywamy punktem lokalnego maksimum, a f (x 0 )lokalnym maksimum.
Mówimy, »e funkcja f (x) okre±lona na otoczeniu punktu x 0 ma w tym punkcie minimum lokalne, je»eli f (x) ≥ f (x 0 ) dla wszystkich x z S(x 0 ). Punkt x 0 nazywamy punktem lokalnego minimum, a f (x 0 ) lokalnym minimum.
Je»eli w powy»szej denicji zachodz¡ nierówno±ci ±cisªe (ostre) tzn. f (x) < f (x 0 ) lub f (x) > f (x 0 ) dla ka»dego x z S(x 0 ) to mówimy odpowiednio o ostrych (wªa±ciwych) maksimach, ostrych(wªa±ciwych) minimach lokalnych.
Minima i maksima lokalne nazywamy ekstremami lokalnymi.
Twierdzenie 5. (Fermata-warunek konieczny istnienia ekstremów) Je»eli funkcja posiada w punkcie x 0 ekstremum lokalne i jest w nim ró»niczkowalna to f ′(x 0 ) = 0.
Twierdzenie odwrotne nie jest prawdziwe np. f (x) = x^3.
Uwaga 4. Funkcja mo»e mie¢ ekstrema lokalne tylko w punktach, w których jej pochodna si¦ zeruje albo w punktach, w których jej pochodna nie istnieje. Punkty te nazywamy punktami krytycznymi.
Przykªad 4. Funkcja y = |x| nie posiada pochodnej w punkcie x 0 = 0, osi¡ga w nim minimum lokalne.
Interpretacja geometryczna twierdzenia Fermata: je»eli funkcja f ma ekstremum lokalne w punkcie x 0 oraz wykres funkcji f posiada w tym punkcie styczn¡, to jest to prosta pozioma.
W punktach x 1 , x 5 oraz dla x ∈ (x 3 , x 4 ) pochodna istnieje i f ′(x) = 0 w punktach tych mamy ekstrema lokalne. Natomiast w punkcie x 2 pochodna nie istnieje, a mimo to mamy minimum lokalne.
Twierdzenie 6. (pierwszy warunek wystarczaj¡cy ekstremum) Je»eli funkcja f jest ci¡gªa w punkcie x 0 i posiada pochodn¡ f ′(x) na pewnym S(x 0 ), przy czym je±li:
a) f ′(x) < 0 dla x ∈ S−(x 0 ) oraz f ′(x) > 0 dla x ∈ S+(x 0 ), to funkcja ta ma w punkcie x 0 ostre (wªa±ciwe) minimum lokalne;
b) f ′(x) > 0 dla x ∈ S−(x 0 ) oraz f ′(x) < 0 dla x ∈ S+(x 0 ), to funkcja ta ma w punkcie x 0 ostre (wªa±ciwe) maksimum lokalne.
Przykªad 5. Wyznacz ekstrema lokalne funkcji: a) f (x) = 13 x^3 − 3 x^2 + 5x + 7; b) f (x) = x^3.
Wypukªo±¢, wkl¦sªo±¢ wykresu funkcji
Denicja 5. Funkcja f (x) jest wypukªa (inaczej: wypukªa do doªu) na przedziale (a; b), je»eli w ka»dym punkcie przedziaªu (a, b) jej wykres le»y nad styczn¡ do wykresu funkcji.
Denicja 6. Funkcja f (x) jest wkl¦sªa (inaczej: wypukªa do góry) na przedziale (a; b), je»eli w ka»dym punkcie przedziaªu (a, b) jej wykres le»y poni»ej stycznej do wykresu funkcji.
Denicja 7. Niech funkcja f (x) b¦dzie ci¡gªa w punkcie x 0. Mówimy, »e punkt (x 0 , f (x 0 )) jest punktem przegi¦cia wykresu funkcji je»eli w tym punkcie ko«czy si¦ przedziaª wypukªo±ci i zaczyna przedziaª wkl¦sªo±ci lub odwrotnie.
Twierdzenie 8. Je»eli f ′′(x) > 0 dla ka»dego x ∈ (a, b), to funkcja jest ±ci±le wypukªa na (a, b). Je»eli f ′′(x) < 0 dla ka»dego x ∈ (a, b), to funkcja jest ±ci±le wkl¦sªa na (a, b).
Twierdzenie 9. (Warunek konieczny istnienia punktu przegi¦cia) Funkcja f (x) posiadaj¡ca w punkcie x 0 druga pochodn¡ ma w punkcie (x 0 , f (x 0 )) punkt przegi¦cia, to f ′′(x 0 ) = 0.
Twierdzenie 10. (I warunek dostateczny istnienia punktu przegi¦cia) Je»eli funkcja posiada pochodn¡ f ′(x 0 ) (tak»e niewªa±ciw¡) oraz druga pochodna f ′′(x) ma przeciwne znaki w ka»dym punkcie lewego i prawego s¡siedztwa punktu x 0 , to funkcja ma w punkcie x 0 punkt przegi¦cia.
Twierdzenie 11. (II warunek dostateczny istnienia punktu przegi¦cia) Je»eli dla funkcji f (x) s¡ speªnione warunki:
f ′(x 0 ) = f ′′(x 0 ) =... = f (n−1)(x 0 ) = 0,
f (n)(x 0 ) 6 = 0, gdzie n ≥ 3 jest liczb¡ nieparzyst¡,
to funkcja f (x) ma w punkcie x 0 punkt przegi¦cia.
Przykªad 7. Zbadaj wkl¦sªo±¢, wypukªo±¢ funkcji f (x) = (x^2 +1)ex^ oraz wyznacz punkty przegi¦cia jej wykresu.
Rozwi¡zanie: Liczymy pierwsz¡ i drug¡ pochodn¡:
f ′(x) = 2xex^ + (x^2 + 1)ex^ ⇒ f ′(x) = (x^2 + 2x + 1)ex;
f ′′(x) = (2x + 2)ex^ + (x^2 + 2x + 1)ex^ ⇒ f ′′(x) = (x^2 + 4x + 3)ex. Poniewa» ex^ > 0 dla ka»dego x ∈ R, wi¦c f ′′(x) ma taki sam charakter jak funkcja parabola y = x^2 + 4x + 3, która ma miejsca zerowe x 1 = − 1 , x 2 = − 3 przyjmuje warto±ci dodatnie dla x ∈ (−∞, −3) ∪ (− 1 , +∞) oraz warto±ci ujemne dla x ∈ (− 3 , −1).
Wobec tego funkcja f (x) = (x^2 + 1)ex:
a) jest wypukªa na zbiorze x ∈ (−∞, −3) ∪ (− 1 , +∞);
b) jest wkl¦sªa na przedziale x ∈ (− 3 , −1);
c) posiada dwa punkty przegi¦cia (−3; 10e−^3 ) oraz (−1; 2e−^1 ).