Talousmatematiikan perusteet: Luento 6. Derivaatta ja derivaattafunktio Derivointisääntöjä Ääriarvot ja toinen derivaatta

Samankaltaiset tiedostot
Talousmatematiikan perusteet: Luento 6. Derivaatta ja derivaattafunktio Derivointisääntöjä Ääriarvot ja toinen derivaatta

Talousmatematiikan perusteet: Luento 7. Derivointisääntöjä Yhdistetyn funktion derivointi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 7. Derivointisääntöjä Yhdistetyn funktion, tulon ja osamäärän derivointi Suhteellinen muutosnopeus ja jousto

Talousmatematiikan perusteet: Luento 8. Tulon ja osamäärän derivointi Suhteellinen muutosnopeus ja jousto

Talousmatematiikan perusteet: Luento 16. Integraalin käsite Integraalifunktio Integrointisääntöjä

Matematiikkaa kauppatieteilijöille

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

Mikäli funktio on koko ajan kasvava/vähenevä jollain välillä, on se tällä välillä monotoninen.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 17. Osittaisintegrointi Sijoitusmenettely

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 4: Derivaatta

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Matematiikan tukikurssi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 7 to

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

Funktion suurin ja pienin arvo DERIVAATTA,

Talousmatematiikan perusteet: Luento 15. Rajoitettu optimointi Lagrangen menetelmä Lagrangen kerroin ja varjohinta

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

Matriisit ja optimointi kauppatieteilijöille

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoitettu optimointi Lagrangen menetelmä: yksi yhtälörajoitus Lagrangen menetelmä: monta yhtälörajoitusta

Differentiaalilaskenta 1.

Äänekosken lukio Mab4 Matemaattinen analyysi S2016

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

KERTAUSHARJOITUKSIA. 1. Rationaalifunktio a) ( ) 2 ( ) Vastaus: a) = = 267. a) a b) a. Vastaus: a) a a a a 268.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Seppo Alanko Oulun yliopisto Fysiikan laitos Syksy 2012

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 10 to

3. Laadi f unktioille f (x) = 2x + 6 ja g(x) = x 2 + 7x 10 merkkikaaviot. Millä muuttujan x arvolla f unktioiden arvot ovat positiivisia?

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

Matematiikan tukikurssi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Usean muuttujan funktiot Osittaisderivaatta ja gradientti Suhteellinen muutosnopeus ja osittaisjousto

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

Talousmatematiikan perusteet: Luento 18. Määrätty integraali Epäoleellinen integraali

Talousmatematiikan perusteet: Luento 12. Usean muuttujan funktiot Osittaisderivaatta Gradientti Suhteellinen muutosnopeus ja osittaisjousto

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo 10-13

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Funktion derivoituvuus pisteessä

Talousmatematiikan perusteet: Luento 5. Käänteisfunktio Yhdistetty funktio Raja-arvot ja jatkuvuus

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 5. Käänteisfunktio Yhdistetty funktio Raja-arvot ja jatkuvuus

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo Ratkaisut ja pisteytysohjeet

3 Derivoituvan funktion ominaisuuksia

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

Talousmatematiikan perusteet: Luento 4. Polynomifunktio Potenssifunktio Eksponenttifunktio Logaritmifunktio

A = (a 2x) 2. f (x) = 12x 2 8ax + a 2 = 0 x = 8a ± 64a 2 48a x = a 6 tai x = a 2.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 4. Potenssifunktio Eksponenttifunktio Logaritmifunktio

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)

5 Differentiaalilaskentaa

Vastaus: 10. Kertausharjoituksia. 1. Lukujonot lim = lim n + = = n n. Vastaus: suppenee raja-arvona Vastaus:

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

Sivu 1 / 8. A31C00100 Mikrotaloustieteen perusteet: matematiikan tukimoniste. Olli Kauppi

B-OSA. 1. Valitse oikea vaihtoehto. Vaihtoehdoista vain yksi on oikea.

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

BM20A0300, Matematiikka KoTiB1

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

1 Rajoittamaton optimointi

Matematiikan tukikurssi

Matematiikka B1 - TUDI

Talousmatematiikan perusteet: Luento 3

d Todista: dx xn = nx n 1 kaikilla x R, n N Derivaatta Derivaatta ja differentiaali

4 Polynomifunktion kulku

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

Yhdistetty funktio. Älä sekoita arvo- eli kuvajoukkoa maalijoukkoon! (wikipedian ongelma!)

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

Matematiikan tukikurssi

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Huippu 7 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

5 Rationaalifunktion kulku

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

Sisältö. Funktiot 12. syyskuuta 2005 sivu 1 / 25

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Yleisiä integroimissääntöjä

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 10

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

4 FUNKTION ANALYSOINTIA

Juuri 2 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

Transkriptio:

Talousmatematiikan perusteet: Luento 6 Derivaatta ja derivaattafunktio Derivointisääntöjä Ääriarvot ja toinen derivaatta

Motivointi Funktion arvojen lisäksi on usein kiinnostavaa tietää jotakin funktion muutosnopeudesta Kuinka nopeasti lainapääoma kasvaa ajan suhteen? Mikä on kysynnän herkkyys muutoksille nykyisestä hintatasosta? Kuinka nopeasti yksikkötuotantokustannus pienenee tuotannon koon kasvaessa? Tällä luennolla tarkastelemme funktion muutosnopeutta eli derivaattaa Derivaatta liittyy läheisesti edellisellä luennolla käsiteltyihin asioihin: Derivaatta määritellään raja-arvona Derivaatan olemassaolo edellyttää funktion jatkuvuutta Funktion hahmottaminen yhdistettynä funktiona helpottaa usein derivointia 2

Funktion arvojen muutosnopeus Esim. Luomuturnipsin tuottajat aikovat tehdä kartellin. Tuottajat tietävät, että turnipsin kysyntä f kilohinnan x funktiona on f x = 15.9x + 810.2 Kun tuotantokustannus on 5 /kg, voittoa/tappiota kuvaava funktio (k ) on v x = f x x 5 = 15.9x 2 + 889.7x 4051 Mikä on voiton/tappion muutosnopeus kilohinnan suhteen hinnan ollessa 20 /kg? Eli kuinka paljon jokainen kilohintaan lisätty euro vaikuttaa voittoon / tappioon lähtöhinnan ollessa 20 /kg? 3

Funktion arvojen muutosnopeus pisteessä x 0 Voittofunktion muutosnopeutta ( /kg) kilohinnan ollessa x 0 = 20 voidaan likimääräisesti kuvata laskemalla voiton suuruuden eroja, kun hinta kasvaa h /kg: Arvio muutosnopeudelle: Jos kilohinta 20 /kg 25 /kg, voitto kasvaa v 25 v 20 = 871 k, eli muutosnopeus on arviolta 871 k /5= 174. 2 k kutakin kilohintaan lisättyä euroa kohden Tarkempi arvio muutosnopeudelle: Jos kilohinta 20 /kg 21 /kg, voitto kasvaa v 21 v 20 = 237.8 k, eli muutosnopeus on arviolta 237. 8 k kutakin kilohintaan lisättyä euroa kohden Vielä tarkempi arvio muutosnopeudelle: Jos kilohinta 20 /kg 20.05 /kg, voitto kasvaa v 20.05 v 20 = 12.65 k, eli muutosnopeus on arviolta 12.65 k /0.05=252. 9 k kutakin kilohintaan lisättyä euroa kohden 4

Derivaatta pisteessä x 0 Funktion f muutosnopeutta pisteessä x 0 voidaan siis arvioida erotusosamäärällä: Funktion arvon muutos, kun x 0 x 0 + h (x 0 + h, f(x 0 +h)) f x 0 + h f(x 0 ) = f x 0 + h f(x 0 ) x 0 + h x 0 h (x 0, f(x 0 )) = h = f x 0 + h f(x 0 ) x:n muutos x 0 x 0 + h Tämä erotusosamäärä vastaa pisteiden (x 0, f(x 0 )) ja (x 0 + h, f(x 0 +h)) kautta kulkevan suoran kulmakerrointa 5

Derivaatta pisteessä x 0 Erotusosamäärän f x 0 + h f(x 0 ) h antamaa arviota funktion muutosnopeudesta pisteessä x 0 voidaan tarkentaa pienentämällä muutostermiä h (x 0, f(x 0 )) = h (x 0 + h, f(x 0 +h)) = f x 0 + h f(x 0 ) 6

Derivaatta pisteessä x 0 Täsmällinen muutosnopeus eli funktion derivaatta f x 0 pisteessä x 0 saadaan, kun muutostermi h kutistuu nollaan f x 0 = lim h 0 f x 0 + h f(x 0 ) h (x 0, f(x 0 )) y = f(x 0 ) + f x 0 (x x 0 ) Derivaatta f x 0 vastaa funktion tangentin kulmakerrointa pisteessä x 0 7

Derivaatta pisteessä x 0 Esim. Voittofunktion v x = 15.9x 2 + 889.7x 4051 muutosnopeus pisteessä x = 20 on v 20 = lim h 0 v 20 + h v(20) h = lim h 0 15.9 20 + h 2 + 889.7 20 + h 4051 + 15.9 20 2 889.7 20 + 4051 h = lim h 0 15.9h 2 + 253.7h h = lim h 0 15.9h + 253.7 = 253.7. Kilohinnan ollessa 20 voitto kasvaa 253.7 k jokaista kilohintaan lisättyä euroa kohden 8

Derivoituvuus pisteessä x 0 ja välillä (a,b) Jos erotusosamäärällä f x 0 = lim h 0 f x 0 + h f(x 0 ) h on äärellinen raja-arvo (eli funktiolla on derivaatta) pisteessä x 0, sanotaan että funktio on derivoituva pisteessä x 0. Jatkuvuus pisteessä x 0 on välttämätön edellytys derivoituvuudelle pisteessä x 0 Pisteessä x 0 jatkuva funktio ei kuitenkaan välttämättä ole derivoituva tässä pisteessä Esim. Funktio f x = x on jatkuva muttei derivoituva pisteessä x = 0. f h f(0) lim = lim h 0+ h h 0+ f h f(0) lim = lim h 0 h h 0 h 0 h h 0 h = 1, = 1, Funktio on derivoituva välillä (a, b), jos se on derivoituva kaikissa pisteissä x (a, b) f h f(0) f h f(0) lim lim h 0+ h h 0 h Raja-arvoa ei ole olemassa. 9

Derivaattafunktio Funktion f(x) muutosnopeus on usein erisuuri eri pisteissä x Esimerkiksi turnipsituottajien voitto Kasvaa ensin voimakkaasti kilohinnan kasvaessa, mutta kasvu hidastuu kunnes voiton maksimoivan kilohinnan x 28.00 /kg jälkeen voitto alkaa vähentyä ensin hitaasti ja sitten voimakkaasti. Tarvitaan sääntö (eli funktio), jolla funktion muutosnopeus voidaan laskea missä tahansa pisteessä x 10

Derivaattafunktio Derivaattafunktion avulla voidaan lausua f:n muutosnopeus x:n funktiona f x = lim h 0 f x + h f(x) h Esim. f: R R, f x = x 2 : f (x + h) 2 x 2 x = lim h 0 h = lim h 0 2x + h = 2x = lim h 0 x 2 + 2xh + h 2 x 2 h Derivaattafunktiosta käytetään f x :n lisäksi myös merkintöjä Df x, df(x), dy, y, dx dx x y x, y 11

Derivaatta ja funktion kasvavuus / vähenevyys Derivaattafunktion f x perusteella voidaan tehdä päätelmiä funktion f x kasvavuudesta / vähenevyydestä Jos f x < 0, funktion tangentti pisteessä x on laskeva suora funktio vähenee Jos f x > 0, funktion tangentti pisteessä x on nouseva suora funktio kasvaa Jos f x = 0, kyseessä on joko funktion (lokaali) ääriarvo tai nk. satulapiste Esim. funktio f(x) = x 2 on Vähenevä, kun x < 0, sillä tällöin f x = 2x < 0 Kasvava, kun x > 0, sillä tällöin f x = 2x > 0 Saavuttaa miniminsä, kun x = 0, sillä tällöin f 0 = 2 0 = 0 Esim. funktio f(x) = x 3 on Kasvava, kun x 0, sillä tällöin f x = 3x 2 > 0 Saavuttaa satulapisteensä, kun x = 0, sillä tällöin f 0 = 3 0 2 = 0 12

k /( /kg) Derivaatta ja funktion kasvavuus / vähenevyys Luomuturnipsin tuotannosta koituvan voiton muutosnopeutta hinnan suhteen kuvaa derivaattafunktio v (x) = 31.8x + 889.7 Voittofunktio v x = 15.9x 2 + 889.7x 4051 on Kasvava, kun v x > 0 eli x < 889.7 31.8 = 27.98. Vähenevä, kun v x < 0 eli x > 27.98 Saavuttaa ääriarvonsa/satulapisteen, kun v x = 0 eli x = 27.98 Kuvan perusteella pisteessä x = 27.98 on ääriarvo, tarkemmin maksimi. Voittofunktion maksimiarvo on 15.9 27.98 2 + 889.7 27.98 4051 8.4 M 13

Derivaatan nollakohta ja funktion ääriarvo Yleinen totuus onkin, että Derivoituva funktio f saavuttaa lokaalin ääriarvonsa derivaatan nollakohdassa x 0 : f x 0 = 0 22.1.2018 14

Presemo-kysymys Derivaattafunktion f kuvaaja on kuvassa A. Mikä kuvista 1-3 on funktion f kuvaaja? Kuva A Kuva 1 Kuva 2 Kuva 3 Laitoksen nimi 15

Presemo-kysymys Derivaattafunktion f kuvaaja on kuvassa A. Missä pisteessä/pisteissä funktio f saavuttaa lokaalit ääriarvonsa? 1. 0 2. -1.2 ja 1.2 3. -2 ja 3 22.1.2018 16

Derivointisääntöjä Minkä tahansa derivoituvan funktion derivaattafunktio voidaan muodostaa erotusosamäärän raja-arvon kautta f x = lim h 0 f x + h f(x) h Usein on kuitenkin kätevämpää hyödyntää eri funktiotyypeille johdettuja derivointisääntöjä 17

Derivointisääntöjä D1: Vakiofunktion derivaatta Olkoon f: R R, f x = a (vakio). Tällöin f x = D(a) = 0. Perustelu: Vakiofunktio ei kasva eikä vähene, eli sen muutosnopeus on nolla kaikilla x. Täsmällinen todistus erotusosamäärän raja-arvolla: f f x+h f(x) x = lim h 0 h aa = lim = 0. h 0 h 18

Derivointisääntöjä D2: Yksinkertaisen polynomifuktion derivaatta Olkoon f: R R, f x = x n, n N. Tällöin f x = D x n = nx n1 Todistus erotusosamäärän kautta (kuten kalvolla 11) Esim. f x = x 4 f (x) = 4x 3 f x = x 6 f (x) = 6x 5 19

Derivointisääntöjä D3: Vakiolla kerrotun funktion derivaatta Olkoon f(x):n derivaattafunktio f x. Tällöin funktion a f x derivaatta D a f x = a f x Funktion f arvot a- kertaistetaan Funktion f muutosnopeus a-kertaistuu Todistus: D a f x a f x+h a f(x) = lim h 0 h f x+h f x = a lim h 0 h = af (x). 20

Derivointisääntöjä D4: Summan derivointi Jos funktiot f ja g ovat derivoituvia pisteessä x, niin D f x + g x = Df x + Dg x = f x + g (x) Kokonaismuutosnopeus = Osamuutosnopeuksien summa 21

k /( /kg) Derivointisääntöjä Sääntöjen D1-D4 perusteella saadaan kaikkien polynomifunktioiden f: R R, f x = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + + a n x n derivaatat. Esim. Luomuturnipsista saatavan voiton ja kilohinnan yhteyttä kuvaa funktio v: R + R v x = 15.9x 2 + 889.7x 4051 Säännöillä D1-D4 saadaan voiton muutosnopeuden ja kilohinnan yhteyttä kuvaava funktio v (x) = D 15.9x 2 + 889.7x 4051 = D 15.9x 2 ) + D(889.7x) + D(4051 = 15.9D x 2 ) + 889.7D(x) + D(4051 = 15.9 2x + 889.7 1 + 0 = 31.8x + 889.7 Nyt esim. muutosnopeus hintatasolla 20 /kg saadaan helposti: v (20) = 31.8 20 + 889.7 = 253.7 k /( /kg) 22

Presemo-kysymys Määritä funktion f x = 4x 3 + x 2 + 0.5x + 1 derivaattafunktio 1. f x = 4x 2 + x + 0.5 2. f x = 12x 2 + 2x + 1.5 3. f x = 12x 2 + 2x + 0.5 22.1.2018 23

k /( /kg) Toinen derivaatta Luomuturnipsista saatavan voiton tasoa yksikköhinnalla x kuvaa funktio v x = 15.9x 2 + 889.7x 4051 Voiton muutosnopeutta kuvaa derivaattafunktio v (x) = 31.8x + 889.7, jonka perusteella Voittofunktio kasvaa nopeimmin (889.7 k kutakin lisättyä kilohintaeuroa kohden), kun kilohinta x=0 Kasvu hidastuu tasaisesti kilohinnan kasvaessa (31.8 k / lisätty kilohintaeuro / lisätty kilohintaeuro) Kasvu kääntyy vähenemiseksi ääriarvokohdassa x = 27.98 /kg Tämän jälkeen väheneminen kiihtyy tasaisesti kilohinnan kasvaessa (31.8 k / lisätty kilohintaeuro / lisätty kilohintaeuro) Funktion kiihtyvyyttä eri x:n arvoilla kuvaa sen toinen derivaatta v (x), joka saadaan derivoimalla derivaattaa v (x): v x = D 31.8x + 889.7 = 31.8 Tässä esimerkissä voiton kiihtyvyys (tai oikeammin hidastuvuus) kilohinnan suhteen on vakio Laitoksen nimi 24

Toinen derivaatta ja ääriarvon laatu Aiemmin nähtiin, että voittoa kuvaavalla funktiolla v on maksimi, kun x = 27.98 /kg Tässä maksimipisteessä Derivaatta (muutosnopeus) v 27.98 = 0 Derivaatan arvot muuttuvat positiivisista negatiivisiksi Voiton kiihtyvyys on negatiivinen: v 27.98 = 31.8 < 0 Laitoksen nimi 25

Toinen derivaatta ja ääriarvon laatu Yleisesti: Piste x 0 on funktion f lokaali ääriarvopiste, jos 1. f x 0 = 0 ja 2. Derivaatan f merkki muuttuu x 0 :n ohi mentäessä o Jos derivaatan merkki ei muutu, x 0 on funktion satulapiste Ääriarvopiste x 0 on lokaali minimi, jos f muuttuu negatiivisesta positiiviseksi, Eli väheneminen muuttuu kasvuksi, Eli kiihtyvyys f x 0 > 0. Ääriarvopiste x 0 on lokaali maksimi, jos f muuttuu positiivisesta negatiiviseksi, Eli kasvu muuttuu vähenemiseksi, Eli kiihtyvyys f x 0 < 0. Esim. Funktiolla f x = x 3 + 3x 2 + 5 on kaksi lokaalia ääriarvopistettä: f x = 3x 2 + 6x = 0 3x x + 2 = 0 x = 0 x = 2 Funktion toinen derivaatta on f x = 6x + 6. Piste x = 2 on lokaali maksimi, sillä f 2 = 6 (2) + 6 = 6 < 0. Piste x = 0 on lokaali minimi, sillä f 0 = 6 0 + 6 = 6 > 0. 26

Presemo-kysymys Mikä on funktion f x = 3x 2 + 2x + 4 maksimiarvo? 1 1. 3 2. 4 3. 4 1 3 27

(Rajoittamattoman) ääriarvotehtävän ratkaisun perusperiaatteet Mikä on funktion f x minimi- / maksimiarvo? 1. Etsi mahdolliset ääriarvokohdat x 0 derivaatan nollakohdista o Esim. edellä f (x) = 6x + 2 = 0 mahdollinen ääriarvokohta x 0 = 1 3 2. Tarkista mahdollisten ääriarvokohtien laatu toisen derivaatan avulla: o Esim. edellä f x = 6 < 0 ääriarvokohta x 0 = 1 on maksimi 3 3. Laske funktion arvo ääriarvokohdissa o Esim. edellä f 1 3 = 3 1 3 2 + 2 1 3 + 4 = 4 1 3 funktion maksimiarvo on 4 1 3 22.1.2018 28

Toinen derivaatta ja ääriarvon laatu Joissakin tapauksissa funktion f muutos on niin hidasta ääriarvopisteessä x 0, ettei 2. derivaatta f reagoi siihen, vaan f x 0 = 0 Esim. Funktio f: R R +, f x = x 4 saavuttaa miniminsä pisteessä x = 0, mutta f x = 12x 2 f 0 = 0. Tällaisissa tapauksessa ääriarvon laatua ei voi päätellä toisen derivaatan etumerkistä Toisella derivaatalla on kuitenkin tärkeä merkitys usean muuttujan ääriarvotehtävissä (tähän palataan myöhemmin kurssilla) 29

Harjoittele verkossa! http://www.wolframalpha.com/problem-generator/ Calculus Derivatives Power rule (Beginner-taso) 22.1.2018 30

Yhteenveto derivoinnista Funktion Derivaatta f (x) kuvaa funktion muutosnopeutta Toinen derivaatta f x = D f x kuvaa muutosnopeuden muutosnopeutta eli kiihtyvyyttä Derivointisäännöt joillekin tavallisille funktiotyypeille Vakiofunktio: D(a) = 0 Yksinkertainen polynomifunktio: D x n = nx n1 Yleisiä sääntöjä funktioiden yhdistelmien käsittelyyn Vakiolla kerrotun funktion derivaatta on derivaatta kerrottuna vakiolla: D a f x = a f x Summan derivaatta on derivaattojen summa: D f x + g x = f x + g (x) 31

Yhteenveto derivoinnista Funktio on Kasvava, kun f x > 0 Vähenevä, kun f x < 0 Piste x 0 on funktion f lokaali ääriarvopiste, jos 1. f x 0 = 0 (eli x 0 on derivaatan nollakohta) ja 2. Derivaatan f merkki muuttuu x 0 :n ohi mentäessä muuten x 0 on satulapiste Ääriarvopiste x 0 on Lokaali minimi, jos f x 0 > 0 (eli väheneminen muuttuu kasvuksi) Lokaali maksimi, jos f x 0 < 0 (eli kasvu muuttuu vähenemiseksi) 32