AYT Matematik · Türev
Artan-Azalan Fonksiyonlar ve Yerel Ekstremum
Bir fonksiyonun nerede yükseldiğini, nerede alçaldığını ve tepe/çukur noktalarını belirlemek, türevin en çok soru getiren uygulamasıdır. Anahtar tek bir fikirdir: 'nün işareti 'nin gidişatını, 'nün işaret değiştirmesi de yerel ekstremumları ele verir. Bu konuda kritik nokta, birinci türev testi ve işaret tablosunu eksiksiz işliyoruz.
1. Artanlık ve Azalanlık
Bir aralıkta türevin işareti, fonksiyonun o aralıktaki davranışını tam olarak belirler:
Sezgi: teğetin eğimidir. Eğim pozitifse grafik yukarı, negatifse aşağı gider. Bir aralığının her noktasında ise o aralıkta artan; her noktasında ise azalandır.
Dikkat: Artanlık/azalanlık daima bir aralık üzerinde tanımlıdır, tek bir noktada değil. "'de artan" demek anlamsızdır; doğrusu "'yi içeren bir aralıkta artan"dır.
2. Kritik Nokta
'nin tanım kümesindeki bir değeri, eğer
ise kritik noktadır. Fonksiyon yön değiştirebileceği için (artandan azalana ya da tersi) ekstremumlar yalnızca kritik noktalarda aranır. Çoğu polinomda kritik noktalar denkleminin kökleridir.
3. Birinci Türev Testi
Kritik nokta civarında 'nün işaretine bakılır:
| etrafında işareti | Sonuç |
|---|---|
| (artandan azalana) | yerel maksimum |
| (azalandan artana) | yerel minimum |
| İşaret değişmiyor ( veya ) | Ekstremum yok |
Yani önemli olan olması değil, 'nün 'de işaret değiştirmesidir. Pratikte: 'yü çarpanlara ayır, köklerini sayı doğrusuna diz, her aralıkta işaretini belirle. Bu tabloya işaret tablosu denir.
4. İşaret Tablosu Örneği
için . Kökler ve :
| Aralık | |||
|---|---|---|---|
| işareti | |||
| davranışı | artan | azalan | artan |
'de olduğundan yerel maksimum, 'de olduğundan yerel minimum vardır.
fonksiyonunun artan/azalan aralıklarını ve yerel ekstremum değerlerini bulunuz.
-
Türevi al ve çarpanlara ayır: .
-
Kritik noktalar: ve .
-
İşaret tablosu: ve aralıklarında (artan); aralığında (azalan).
-
Ekstremum türü: 'de işareti (yerel maks), 'de (yerel min).
-
Değerleri hesapla: ve .
fonksiyonunun yerel maksimum ve yerel minimum noktalarını bulunuz.
ikinci dereceden bir ifade çıkar; ortak çarpan 'ü ayırıp parantezi çarpanlara ayır.
-
Türevi al: .
-
Kritik noktalar: ve .
-
İşaret tablosu: 'de , 'te , 'da .
-
'de işareti → yerel maksimum; 'te → yerel minimum.
-
Değerler: ve .
fonksiyonunun bütün yerel ekstremumlarını sınıflandırınız.
'te ortak çarpan 'i ayır; geriye iki kareler farkı kalır.
-
Türevi al ve çarpanlara ayır: .
-
Kritik noktalar: , , .
-
İşaret tablosu (soldan sağa): 'de , 'da , 'de , 'da .
| Aralık | ||||
|---|---|---|---|---|
| azalan | artan | azalan | artan |
-
: → yerel min; : → yerel maks; : → yerel min.
-
Değerler: ve .
fonksiyonunun noktasında yerel ekstremumu var mıdır?
olması ekstremum için yeterli değildir; işaret değişimine bak.
-
Türev: .
-
Kritik nokta: .
-
İşaret incele: için . Yani hem hem aralığında .
-
işaret değiştirmediğinden () ekstremum değildir; her yerde artandır. bir yatay büküm (dönüm) noktasıdır.
hangi değerler için fonksiyonu tüm gerçek sayılarda artandır?
Her yerde artan olması için her için olmalı. Bu, ikinci dereceden 'nün diskriminantına bağlıdır.
-
Türev: .
-
'nin her yerde artan olması için her için gerekir. Baş katsayı olduğundan parabol yukarı açılır; koşul diskriminantın pozitif olmamasıdır.
-
Diskriminant: .
-
.
Çözümlü Sorular
fonksiyonunun azalan olduğu aralığı bulunuz.
-
Türevi al: .
-
Kritik noktalar: ve .
-
İşaret tablosu: ve aralıklarında (artan); aralığında (azalan).
-
Azalan olduğu yer kökler arasındaki aralıktır.
fonksiyonunun yerel maksimum değeri ile yerel minimum değerinin farkını bulunuz.
-
Türevi al: .
-
Kritik noktalar: ve .
-
İşaret: 'de , 'de , 'da . Demek ki yerel maks, yerel min.
-
Değerler: ve .
-
Fark: .
fonksiyonunun noktasında yerel ekstremumu olduğuna göre kaçtır?
-
Türevi al: .
-
kritik nokta olduğundan : .
-
Çöz: .
-
Doğrulama: ; 'de işaret , gerçekten yerel maksimum.
fonksiyonunun kaç tane yerel ekstremum noktası vardır?
-
Türevi al: .
-
Kritik noktalar: ve (iki farklı kök).
-
İşaret: 'de , 'te , 'da . Her iki kökte de işaret değişir.
-
'de (yerel maks), 'te (yerel min). Toplam iki ekstremum.
fonksiyonunun azalan olduğu aralığı bulunuz.
-
Çarpım kuralıyla türevi al: .
-
her zaman, dolayısıyla işaret çarpanından gelir. Kökler: ve .
-
İşaret: 'de , 'da , 'da .
-
olan tek aralık 'dır.
fonksiyonunun kapalı aralığındaki mutlak (en küçük) minimum değerini bulunuz.
-
Türevi al: .
-
Aralık içindeki kritik noktalar: ve (ikisi de içinde).
-
Uç noktalar ve kritik noktalarda değerleri hesapla:
-
En küçük değer 'te elde edilir.
fonksiyonunun yerel ekstremumunun olmaması için hangi değerleri almalıdır?
-
Türevi al: .
-
Ekstremumun olmaması için 'nün işaret değiştirmemesi, yani 'ın her için sağlanması gerekir.
-
her için doğru olmalı. 'nin en küçük değeri olduğundan koşul 'dır.
-
olsaydı 'nün iki farklı kökü () olur ve işaret değişip ekstremum doğardı.
Sınav Tarzı Sorular
Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.
Çözümlü Sorular
Her soruyu önce kendin dene; takıldığında Çözüme Bak.
- Türevi al: .
- Fonksiyonun her yerde artan olması için her için gerekir. Baş katsayı olduğundan parabol yukarı açılır; koşul olmasıdır.
- Diskriminant: .
- Düzenle: .
- .
- Çözüm aralığı olduğundan en büyük tam sayı değeri 'dir.
- Türevi al: . Apsisler ve kritik noktalar olduğundan bunlar 'ın kökleridir.
- Kökler toplamı: .
- Kökler çarpımı: . Yani .
- Yerel maksimum değeri (): .
- Yerel minimum değeri (): .
- Toplam: .
- Türevi al: . Kritik noktalar ve .
- İşaret tablosu: 'da , 'de , 'da . Buna göre yerel maksimum, yerel minimumdur.
- Yerel minimum değeri: .
- .
- Yerel maksimum değeri (): .
- Bölüm kuralı: .
- Pay çarpanla: . Kritik noktalar ve (payda tanımsız).
- aralığındaki kritik nokta 'tür. Çevresinde işaret: için pay , için pay ; , yani yerel minimum.
- Değer: .
- Türev: . Kritik noktalar ve .
- İşaret tablosu: 'de , 'de , 'da . Buna göre yerel maksimum, yerel minimumdur.
- Yerel maksimum değeri: .
- Koşul: .
- Türev: . Kritik noktalar ve .
- Aralık içindeki kritik nokta yalnız ( aralık dışı).
- Uç noktalar ve kritik noktada değer: - - -
- En büyük değer 'de: .
Sık Yapılan Hatalar
- 'ı her zaman ekstremum sanmak. İşaret değişmiyorsa ekstremum yoktur; klasik örnek , 'da ama yatay büküm.
- Yerel ile mutlak ekstremumu karıştırmak. Yerel maksimum yalnızca yakın çevrede en büyüktür; fonksiyonun her yerdeki en büyük değeri olmayabilir.
- 'nün tanımsız olduğu kritik noktaları atlamak. Köşe noktaları (ör. 'in 'ı) veya dikey teğetlerde olmasa da ekstremum olabilir.
- Aralık uç noktalarını gözardı etmek. Kapalı aralığında mutlak ekstremum, uç noktalarda da olabilir; sadece iç kritik noktalara bakmak yetmez.
Sınav İpucu
- Mekanik adım: 'yü çarpanlara ayır → kökleri sayı doğrusuna diz → her aralıkta işaret bak. Bu üç adım soruların büyük çoğunluğunu çözer.
- İşareti hızlı bulmak için her aralıktan bir deneme değeri seçip 'de yerine koy; tüm çarpanların işaretini ayrı ayrı saymaktan daha hızlıdır.
- "Her yerde artan/azalan" tipi parametre sorularında ( ikinci dereceyse) çözüm diskriminanttan gelir: .
- Yön değişimini hatırla: tablo soldan sağa ise sırasıyla maks, min çıkar.