[Etusivu] [Sisällysluettelo] [Hakemisto]
[Ylempi pääsivu] [Edellinen sivu] [Seuraava sivu]


5.5.2. Funktion ääriarvot

Funktiolla on kohdassa lokaali minimi (lokaali maksimi) , jos kohdan läheisyydessä jokaisessa pisteessä on voimassa (). Kohtaa kutsutaan tällöin ääriarvokohdaksi (minimi- tai maksimikohta) ja funktion arvoa ääriarvoksi (minimi- tai maksimiarvo).

Olkoon funktio jatkuva. Tällöin kohta, jossa funktio muuttuu aidosti vähenevästä aidosti kasvavaksi, on funktion minimikohta. Jos funktio muuttuu kohdassa päinvastoin aidosti kasvavasta aidosti väheneväksi, kohta on funktion maksimikohta. Tällainen kohta voi olla derivaatan nollakohta, johon piirretty tangentti on vaakasuora, tai kohta, jossa funktio ei ole derivoituva (esim. kärkikohta). Jos siis funktio on jatkuva kohdassa ja derivoituva jossakin tämän kohdan ympäristössä, niin kohta , jossa tai ei ole derivoituva, on

• minimikohta, jos muuttuu tässä kohdassa negatiivisesta positiiviseksi.

• maksimikohta, jos muuttuu tässä kohdassa positiivisesta negatiiviseksi.

Esimerkki 5.25.

Määrää funktion

 

lokaalit ääriarvot.

Ratkaisu:

Funktio on määritelty koko reaalilukujen joukossa ja se on rationaalifunktiona tässä joukossa derivoituva. Funktion ainoat mahdolliset ääriarvokohdat ovat siten derivaatan nollakohdat. Funktion derivaatta on

 

Lasketaan derivaatan nollakohdat.

 

Laaditaan derivaatan merkkikaavio, jonka avulla voidaan tutkia ääriarvon laatu mahdollisissa ääriarvokohdissa.

Koska funktio muuttuu kohdassa aidosti vähenevästä aidosti kasvavaksi, kohta on minimikohta ja funktion minimiarvo tässä kohdassa on

.

Kohdassa funktio muuttuu aidosti kasvavasta aidosti väheneväksi, joten on funktion maksimikohta. Funktion maksimiarvo on tässä kohdassa

.

Vastaus:   Funktion ääriarvot ovat: minimi ja maksimi .

Oheiseen kuvaan on piirretty edellisen esimerkkifunktion kuvaaja. Tarkastellaan seuraavaksi lähemmin rationaalifunktion kuvaajan piirtämistä.

Rationaalifunktion kuvaaja

Raja-arvo äärettömyydessä

Rationaalifunktion kuvaajan piirtämistä varten on tärkeää tietää, mitä funktion arvoille tapahtuu :ssä. Tämän ilmoittaa funktion raja-arvo äärettömyydessä.

Funktiolla on raja-arvo , kun muuttujan arvot kasvavat rajatta, jos aina jostakin muuttujan arvosta lähtien funktion arvot saadaan miten tahansa lähelle lukua . Tätä raja-arvoa merkitään

 

tai , kun . Esimerkiksi

 

Vastaavasti sanotaan, että funktiolla on raja-arvo , kun muuttujan arvot vähenevät rajatta, jos aina jotakin muuttujan arvoa pienemmillä luvuilla funktion arvot saadaan miten tahansa lähelle lukua . Tätä raja-arvoa merkitään

 

tai , kun .

Esimerkki 5.26.

Määrää raja-arvo

 

Ratkaisu:

Raja-arvon määrittämistä varten otetaan sekä osoittajassa että nimittäjässä korkeinta astetta oleva muuttujan potenssi yhteiseksi tekijäksi ja supistetaan. Raja-arvo saadaan määrättyä, kun tämän jälkeen käytetään tietoa

 

 

Vastaus:   

Esimerkki 5.27.

Määrää raja-arvo

 

Ratkaisu:

Otetaan tässäkin sekä osoittajassa että nimittäjässä korkeinta astetta oleva muuttujan potenssi yhteiseksi tekijäksi ja supistetaan. Päätellään raja-arvo jäljelle jäävästä lausekkeesta.

 

Vastaus:   

Asymptootit

Rationaalifunktion kuvaajalla on aina vähintään yksi asymptootti, joka on sellainen suora tai käyrä, jota funktion kuvaaja jatkuvasti lähestyy, mutta ei koskaan saavuta. Jokaisella rationaalifunktiolla on asymptootti, joka kuvaa funktion kulkua :ssä. Lisäksi rationaalifunktion kuvaajalla on pystysuora asymptootti jokaisessa nimittäjän nollakohdassa. Lähestyttäessä tätä kohtaa oikealta tai vasemmalta, funktion arvot aina kasvavat tai vähenevät rajatta. (Tässä oletetaan, että rationaalifunktion lauseke on supistetussa muodossa.)

Rationaalifunktion kulkua :ssä kuvaava asymptootti riippuu osoittajan ja nimittäjän asteluvuista.

• Jos osoittaja on alempaa astetta kuin nimittäjä, asymptoottina on -akseli eli suora . Tällöin funktion raja-arvo :ssä on aina nolla (vrt. esim. 5.25).

• Jos rationaalifunktion osoittaja ja nimittäjä ovat samaa astetta, funktion kuvaajalla on asymptoottina -akselin suuntainen suora , missä

.

• Jos rationaalifunktion osoittajan asteluku on suurempi kuin nimittäjän asteluku, sen kuvaajalla on asymptoottina suora tai käyrä, jonka yhtälö saadaan suorittamalla jakolasku ja "unohtamalla" jakojäännöstermi, joka lähestyy aina nollaa, kun muuttujan arvot kasvavat tai vähenevät rajatta. Esimerkiksi funktio

.

(Saatu suorittamalla jakolasku jakokulmassa.) Kun , , jolloin funktion kuvaaja lähestyy suoraa , mikä on funktion kuvaajan asymptootti.

Kuvaajan piirtäminen

Rationaalifunktion kuvaaja voidaan hahmottaa selvittämällä funktion monotonisuus sekä kuvaajan ääriarvopisteet ja asymptootit.

Esimerkki 5.28.

Piirrä funktion

 

kuvaaja.

Ratkaisu:

Edellä tehdyn tarkastelun perusteella funktion kuvajalla on asymptoottina suora . Koska kohta on funktion nimittäjän nollakohta, sen kuvaajalla on asymptoottina pystysuora suora .

Selvitetään vielä funktion monotonisuus sekä lokaalit ääriarvot. Funktio on derivoituva määrittelyjoukossaan, joten sen ainoat mahdolliset ääriarvokohdat ovat derivaatan nollakohdat. Funktion derivatta on

 

Ratkaistaan derivaatan nollakohdat.

 

 

Selvitetään funktion monotonisuus sekä ääriarvojen laatu derivaatan merkkikaavion avulla.

Kaavion perusteella funktio muuttuu aidosti kasvavasta aidosti väheneväksi kohdassa , joten funktiolla on lokaali maksimi . Kohdassa funktio muuttuu aidosti vähenevästä aidosti kasvavaksi, joten funktiolla on tässä kohdassa lokaali minimi

.

Koska funktion kuvaajalla on pystysuora asymptootti ja funktio on aidosti vähenevä, kun , funktion arvot vähenevät rajatta, kun vasemmalta eli

.

Kun , funktio on myös aidosti vähenevä. Koska on kuvaajan asymptootti, funktion arvot kasvavat rajatta, kun lähestytään kohtaa oikealta eli

.

Funktion käyttäytymisen kohdan läheisyydessä voi päätellä myös tutkimalla funktion lauseketta. Kun lähestyy lukua 1 vasemmalta, funktion osoittaja lähestyy lukua 1 ja nimittäjä lukua 0 ollen koko ajan negatiivinen, jolloin osamäärä vähenee rajatta. Kun :n arvot lähestyvät lukua 1 oikealta, osoittaja lähestyy edelleen lukua 1 ja nimittäjä lukua 0, mutta nyt nimittäjä on positiivinen, jolloin osamäärä kasvaa rajatta.

Funktion kuvaajan voi nyt piirtää asymptoottien, ääriarvojen sekä monotonisuuden avulla. Jos haluaa tarkemman kuvan, voi laskea kuvaajalta joitakin lisäpisteitä.

Vastaus:   


[Ylempi pääsivu] [Edellinen sivu] [Seuraava sivu]