1.3 Lokální a globální extrémy

Teorii naleznete v kapitole 4.5 Multimediální encyklopedie nebo v kapitole 1.3 Breviáře.

Příklad 1

Nalezněte lokální extrémy funkce f(x)=.

Řešení

Nejdříve definujeme funkci f(x) a budeme se snažit nalézt podezřelé body, tj. body, v nichž má funkce nulovou první derivaci (nebo první derivaci nemá či dokonce není ani spojitá).

Jediným podezřelým bodem je x=. Žádné další podezřelé body neexistují, protože funkce je spojitá a diferencovatelná na celém svém definičním oboru. Nyní provedeme test s druhou derivací.

Tedy i

Funkce proto nabývá pro x= svého lokálního minima. To je dokumentováno i následujícím grafem.

Příklad 2

Nalezněte lokální extrémy funkce

f(x)=.

Řešení

Nejdříve se jako v předchozím příkladě budeme se snažit nalézt podezřelé body.

Druhá derivace je

a hodnoty druhé derivace v podezřelých bodech jsou

Tedy, zadaná funkce má dvě lokální minima. Naproti tomu test druhých derivací nám nic neříká o bodu x=. S využitím grafu funkce

ovšem můžeme říci, že se jedná o lokální maximum.

Příklad 3

Nyní se zaměříme na podezřelé body jiného druhu. Nalezněte lokální extrémy funkce f(x)=.

Řešení

Nejprve si tuto složitější funkci vykreslíme.

Podezřelé body jsou x=0,±2, v nich derivace neexistují. Z grafu vidíme, že funkce má minimum v x=0. Někdy je výhodné hledat lokální extrém numericky, pomocí příkazu Minimize nebo Maximize (je potřeba dodat i odhad extrému).

Příklad 4

Nalezněte globální extrémy funkce

f(x)= na intervalu <-0.1,1.3>.

Řešení

Nejdříve nalezneme lokální extrémy na intervalu (-0.1,1.3) a poté zjistíme také funkční hodnoty v krajních bodech intervalu.

Test druhých derivací nám prozrazuje, že první podezřelý bod je lokálním maximem a čtvrtý lokálním minimem. V bodě x=0.5 je druhá derivace nulová, tedy o povaze funkce v tomto bodě neumíme rozhodnout. Nyní se podívejme na funkční hodnoty v podezřelých bodech a také v krajních bodech vyšetřovaného intervalu.

V bodě x=1.084768 nabývá tedy studovaná funkce na zadaném intervalu svého globálního minima (toto minimum je současně i jejím minimem lokálním) a v bodě x=1.3 globálního maxima (toto maximum naopak lokálním maximem studované funkce není). Vše na závěr zobrazíme v grafu (v bodě x=0.5 je tzv. sedlový bod).