導関数を使用して最大値と最小値を求める

高い点または低い点での関数はどこですか? 微積分は助けることができます!

最大値は高い点で、最小値は低い点です:

関数局所最小値と最大値

滑らかに変化する関数では、最大値または最小値は常に関数が平坦になる場所です(鞍点を除く)。

それはどこで平らになるのですか? 勾配がゼロである場合。

勾配はどこでゼロですか? デリバティブは私たちに教えてくれます!

例で右に飛び込みましょう:

二次グラフ

例:ボールが空中に投げられる。 いつでもその高さtは次のように与えられます。

h=3+14t−5t2

その最大の高さは何ですか?

導関数を使用して、その関数の傾きを見つけることができます:

d/dth=0 + 14 − 5(2t)
=14−10t

(その導関数をどのように見つけたかについては、この例の下を参照してください。)

二次グラフ

傾きがゼロのときを見つける:

14−10t=0
10t=14
t=14/10=1。4

傾きはt=1.4秒でゼロ

そのときの高さは

hです= 3 + 14×1.4 − 5×1.42
h= 3 + 19.6 − 9.8 = 12.8

だから:

最大の高さは12.8mです(t=1.4sで)

デリバティブに関する簡単な復習

デリバティブは基本的に関数の傾きを見つけます。

前の例では、

h=3+14t−5t2

となり、この導関数を考え出しました:

d/dth=0 + 14 − 5(2t)
=14−10t

これは、いつでも関数の傾きを示しますt

傾きの例:y=3,slope=0;y=2x,slope=2

私たちはこれらの派生規則を使用しました:

  • 定数値(3など)の傾きは0
  • 2xのような線の傾きは2なので、14tの傾きは14
  • t2のような正方形関数の傾きは2tなので、5t2の傾きは5(2t)
  • : 0 + 14 − 5(2トン)

それが最大(または最小)であることをどのように知っていますか?

グラフで見ました! しかし、それ以外の場合。.. デリバティブは再び救助に来る。

勾配の導関数(元の関数の二次導関数)を取る:

14−10tの導関数は-10

これは、勾配が継続的に小さくなっていることを意味します(-10):左から右へ:

正の傾き、ゼロの傾き、負の傾き
小さくなる(そして0になる)傾きは最大を意味します。 2830>

これは二次微分検定と呼ばれます

上のグラフでは前後の傾きを示しましたが、実際には傾きがゼロの時点で検定を行います:

二次微分検定

関数の傾きがxでゼロで、xでの二次導関数が次のようになるとき、次のようになります。:

  • 0より小さい場合、0より大きいローカル最大値
  • 0に等しいローカル最小値
  • テストは失敗します(ただし、他の方法がある可能性があります)

“二次導関数:0未満が最大値、0より大きいが最小値”

例:のための最大値と最小値を求める:y=5×3+2×2−3x

導関数(傾き)は次のとおりです:

d/dxy=15×2+4x− 3

これはゼロを持つ二次である:

  • ×= -3/5
  • x= +1/3

彼らは最大値または最小値である可能性がありますか? (まだグラフを見てはいけません!2830>

二次導関数は、xにおいてy”=30x+4

です。= -3/5:

y” = 30(-3/5) + 4 = -14
それは0より小さいので、-3/5はxでの局所的な最大値

です= +1/3:

y” = 30(+1/3) + 4 = +14
それは0より大きいので、+1/3は局所的な最小値

です(グラフを見ることができます。)

5x^3 2x^2 3x

単語

高い点は最大値(複数形の最大値)と呼ばれます。

低い点は最小値(複数形の最小値)と呼ばれます。

最大値または最小値の一般的な単語は、極値(複数形極値)です。

他の場所に高い(または低い)点があるかもしれないが、近くにない場合、局所的な最大値(または最小値)と言います。

もう一つの例

例:最大値と最小値を求める:

y=x3−6×2+12x−5

導関数は次のとおりです:

d/dxy=3×2−12x+ 12

x=2

でゼロが1つだけの二次式はどれですか?2次導関数は、x=2でy”=6x−12

です。

y” = 6(2) − 12 = 0
それは0なので、テストは失敗します

そしてここに理由があります:

x^3 6x^2 12x5

それは鞍点です。.. 傾きはゼロになりますが、最大値でも最小値でもありません。

は微分可能でなければならない

そして重要な技術的な点があります:

関数は微分可能でなければなりません(微分はその定義域の各点に存在しなければなりません)。

例:関数f(x)=|x|(絶対値)はどうですか?

|x|次のようになります: 絶対値関数

x=0では、それは非常に先のとがった変化を持っています!

実際、そこでは微分可能ではありません(微分可能なページに示されているように)。

したがって、絶対値関数にこのメソッドを使用することはできません。

関数も連続でなければなりませんが、微分可能な関数も連続であるため、それについて心配する必要はありません。

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