Asosiy tarkibga o'tish

4.2-bo'lim: Muhim nuqtalar

Muhim nuqtalar ushbu bobning ko'p qismida namoyon bo'ladi, shuning uchun biz ularni haqiqatda ishlatadigan bo'limlarga kirishdan oldin ularni aniqlab olishimiz va bir nechta misollar bilan ishlashimiz kerak.

Muhim nuqtalarning ta'rifi

Agar \(f\left( c \right)\) mavjud boʻlsa va quyidagilardan biri toʻgʻri boʻlsa, \(x = c\) \(f\left( x \right)\) funksiyasining kritik nuqtasidir, deymiz.

\[f'\left( c \right) = 0\hspace{0.5in}{\mbox{OR}}\hspace{0.5in}f'\left( c \right)\,\,\,{\mbox{doesn't exist}}\]

E'tibor bering, \(x = c\) haqiqatda muhim nuqta bo'lishi uchun biz \(f\left( c \right)\) mavjudligini talab qilamiz. Bu muhim va ko'pincha e'tibordan chetda qoladigan nuqta. Bu haqiqatda aytilgan narsa shundaki, barcha muhim nuqtalar funktsiya sohasida bo'lishi kerak. Agar nuqta funktsiya sohasida bo'lmasa, u muhim nuqta emas.

Shuni ham yodda tutingki, bu vaqtda biz faqat haqiqiy sonlar bilan ishlaymiz va shuning uchun kritik nuqtalarni topishda yuzaga keladigan har qanday kompleks sonlar (va ular vaqti-vaqti bilan paydo bo'ladi) e'tiborga olinmaydi. Kompleks sonlar bilan ishlashda biroz boshqacha ishlaydigan hisob qismlari bor, shuning uchun birinchi Calculus kursida biz kompleks sonlarni e'tiborsiz qoldiramiz va faqat haqiqiy raqamlar bilan ishlaymiz. Kompleks sonlarga ega hisob-kitoblar ushbu kurs doirasidan tashqarida va odatda yuqori darajadagi matematika kurslarida o'qitiladi.

Ushbu bo'limning asosiy maqsadi muhim nuqtalarni topish uchun ba'zi misollar bilan ishlashdir. Shunday qilib, keling, ba'zi misollar bilan ishlaylik.

1-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[f\left( x \right) = 6{x^5} + 33{x^4} - 30{x^3} + 100\]
Yechim

Kritik nuqtalarni topish uchun bizga birinchi navbatda funktsiyaning hosilasi kerak, shuning uchun keling, buni bilib olaylik va biz tanqidiy nuqtalarni topishga borganimizda hayotimizni osonlashtirish uchun imkon qadar ko'proq omillarga e'tibor qaratamiz.

\[\begin{align*}f'\left( x \right) & = 30{x^4} + 132{x^3} - 90{x^2}\\ & = 6{x^2}\left( {5{x^2} + 22x - 15} \right)\\ & = 6{x^2}\left( {5x - 3} \right)\left( {x + 5} \right)\end{align*}\]

Endi bizning hosilamiz ko'phad va shuning uchun hamma joyda mavjud bo'ladi. Shuning uchun, yagona muhim nuqtalar hosila nolga teng bo'lgan \(x\) qiymatlari bo'ladi. Demak, biz hal qilishimiz kerak.

\[6{x^2}\left( {5x - 3} \right)\left( {x + 5} \right) = 0\]

Bu hosilaning faktorlangan shakli bo'lgani uchun uchta muhim nuqtani aniqlash juda oson. Ular,

\[x = - 5,\,\,\,\,\,\,x = 0,\,\,\,\,\,\,x = \frac{3}{5}\]

Polinomlar odatda kritik nuqtalarni topish uchun juda oddiy funktsiyalardir, agar daraja shunchalik katta bo'lmasa, biz hosilaning ildizlarini topishda muammoga duch kelamiz.

Kritik nuqtalarni topish uchun ko'proq "qiziqarli" funktsiyalarning aksariyati polinom emas. Shunday qilib, keling, biz tomondan biroz ko'proq harakat talab qiladigan ba'zi funktsiyalarni ko'rib chiqaylik.

2-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[g\left( t \right) = \sqrt[3]{{{t^2}}}\left( {2t - 1} \right)\]
Yechim

Loyimani topish uchun, ehtimol, farqlashdan oldin biroz soddalashtirish osonroq bo'ladi. Keling, ildizni qavs orqali ko'paytiramiz va iloji boricha soddalashtiramiz. Bu bizga hosila olishda mahsulot qoidasidan foydalanishdan qochish imkonini beradi.

\[g\left( t \right) = {t^{\frac{2}{3}}}\left( {2t - 1} \right) = 2{t^{\frac{5}{3}}} - {t^{\frac{2}{3}}}\]

Endi farqlang.

\[g'\left( t \right) = \frac{{10}}{3}{t^{\frac{2}{3}}} - \frac{2}{3}{t^{ - \frac{1}{3}}} = \frac{{10{t^{\frac{2}{3}}}}}{3} - \frac{2}{{3{t^{\frac{1}{3}}}}}\]

Biz bu muammo bilan ehtiyot bo'lishimiz kerak. Salbiy ko'rsatkichga duch kelganda, yuqorida qilganimizdek, ko'rsatkichdagi minus belgisini olib tashlash yaxshiroqdir. Bu haqiqatan ham talab qilinmaydi, lekin ba'zida buni qilsak, hayotimizni osonlashtirishi mumkin.

E'tibor bering, ikkinchi muddatda salbiy ko'rsatkichni yo'q qilish bizga \(t = 0\) nima uchun bu funktsiya uchun muhim nuqta ekanligini to'g'ri aniqlash imkonini beradi. Ikkinchi atamani maxrajga o'tkazganimizdan so'ng, hosila \(t = 0\) da mavjud emasligini aniq ko'ramiz va shuning uchun bu juda muhim nuqta bo'ladi. Agar siz ikkinchi muddatda manfiy ko'rsatkichdan xalos bo'lmasangiz, ko'p odamlar \(t = 0\) kritik nuqta ekanligini noto'g'ri ta'kidlaydilar, chunki hosila \(t = 0\) da nolga teng. Bu ahmoqona nuqtadek tuyulishi mumkin bo'lsa-da, har bir holatda \(t = 0\) tanqidiy nuqta sifatida aniqlanadi. nuqta nima uchun muhim nuqta ekanligini bilish ba'zan muhimdir. Aslida, bir nechta bo'limlarda biz faqat lotin nolga teng bo'lgan kritik nuqtalar uchun ishlaydigan haqiqatni ko'ramiz.

Shunday qilib, biz bitta muhim nuqtani topdik (bu erda hosila mavjud emas), lekin endi hosila nolga teng ekanligini aniqlashimiz kerak (agar u albatta bo'lsa ...). Bunga yordam berish uchun odatda ikkita atamani bitta ratsional ifodaga birlashtirish yaxshidir. Shunday qilib, umumiy maxrajni olish va birlashtirish bizga beradi,

\[g'\left( t \right) = \frac{{10t - 2}}{{3{t^{\frac{1}{3}}}}}\]

E'tibor bering, bizda hali ham \(t = 0\) muhim nuqta sifatida mavjud. Bunday kombinatsiyani amalga oshirish hech qachon muhim nuqtalarni yo'qotmasligi kerak, bu faqat ularni topishga yordam berish uchun qilingan. Ko'rib turganimizdek, endi lotin qayerda nolga teng bo'lishini tezda aniqlash ancha osonlashdi. Eslatib o'tamiz, ratsional ifoda faqat uning surati nolga teng bo'lsa (va bu nuqtada maxraj ham nolga teng bo'lmasa) nolga teng bo'ladi.

Shunday qilib, bu holda biz \(t = \frac{1}{5}\) bo'lsa, surat nolga teng bo'lishini ko'rishimiz mumkin va shuning uchun bu funktsiya uchun ikkita muhim nuqta mavjud.

\[t = 0\hspace{0.5in}\,\text{va}\hspace{0.5in}t = \frac{1}{5}\]
3-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[R\left( w \right) = \frac{{{w^2} + 1}}{{{w^2} - w - 6}}\]
Yechim

Buni sizlarga qoldiramiz, bu ko‘rsatkich qoidasidan foydalanib, ba’zi soddalashtirish bilan birga, hosila quyidagicha ekanligini aniqlaymiz:

\[R'\left( w \right) = \frac{{ - {w^2} - 14w + 1}}{{{{\left( {{w^2} - w - 6} \right)}^2}}} = - \frac{{{w^2} + 14w - 1}}{{{{\left( {{w^2} - w - 6} \right)}^2}}}\]

E'tibor bering, biz muhim nuqtalarni topishda ozgina yordam berish uchun suratdan "-1" ni ajratdik. Oldindagi bu salbiy hosila nolga teng bo'ladimi yoki yo'qmi, hosilaga ta'sir qilmaydi, lekin bizning ishimizni biroz osonlashtiradi.

Endi bizda ikkita muammo bor. Birinchidan, agar maxrajda nolga bo'linish bo'lsa, hosila mavjud bo'lmaydi. Shunday qilib, biz hal qilishimiz kerak,

\[{w^2} - w - 6 = \left( {w - 3} \right)\left( {w + 2} \right) = 0\]

Biz buni kvadratga solish bilan bezovta qilmadik, chunki agar bu nol bo'lsa, nol kvadrat hali ham nolga teng va agar u nol bo'lmasa, kvadratlashtirish uni nolga aylantirmaydi.

Shunday qilib, biz \(w = 3\) va \(w = - 2\) da hosila mavjud bo'lmasligini ko'rishimiz mumkin. Biroq, bu muhim nuqtalar EMAS, chunki funksiya bu nuqtalarda ham mavjud bo'lmaydi. Eslatib o'tamiz, nuqta kritik nuqta bo'lishi uchun funktsiya shu nuqtada mavjud bo'lishi kerak.

Bu vaqtda biz ehtiyot bo'lishimiz kerak. Surat omil hisoblanmaydi, lekin bu lotin nolga teng bo'lgan muhim nuqtalar yo'qligini anglatmaydi. Butun kasr nolga teng ekanligini aniqlash uchun hisoblagichdagi kvadrat formuladan foydalanishimiz mumkin.

\[w = \frac{{ - 14 \pm \sqrt {{{\left( {14} \right)}^2} - 4\left( 1 \right)\left( { - 1} \right)} }}{{2\left( 1 \right)}} = \frac{{ - 14 \pm \sqrt {200} }}{2} = \frac{{ - 14 \pm 10\sqrt 2 }}{2} = - 7 \pm 5\sqrt 2 \]

Shunday qilib, biz ikkita muhim nuqtani olamiz. Bundan tashqari, bu "yaxshi" butun sonlar yoki kasrlar emas. Bu vaqti-vaqti bilan sodir bo'ladi. Har doim "yaxshi" bo'ladigan javoblarga o'ta qulflanib qolmang. Ko'pincha ular yo'q.

Shuni ham yodda tutingki, biz faqat tanqidiy nuqtalar uchun haqiqiy raqamlardan foydalanamiz. Demak, agar hisoblagichdagi kvadratni yechishda biz kompleks sonni olgan bo'lsak, bular kritik nuqtalar hisoblanmaydi.

Xulosa qilib aytganda, bizda ikkita muhim nuqta bor. Ular,

\[w = - 7 + 5\sqrt 2 ,\,\,\,\,w = - 7 - 5\sqrt 2 \]

Yana shuni yodda tutingki, \(w = 3\) va \(w = - 2\) da hosila mavjud bo'lmasa ham, funktsiya ham mavjud emas va shuning uchun bu ikki nuqta bu funktsiya uchun muhim nuqta emas.

Oldingi misolda biz ba'zi potentsial kritik nuqtalarni aniqlash uchun kvadrat formuladan foydalanishimiz kerak edi. Biz bilamizki, ba'zan biz kvadrat formuladan murakkab sonlarni olamiz. Shuni yodda tutingki, ushbu bo'limning boshida aytib o'tilganidek, bu sodir bo'lganda, biz paydo bo'lgan kompleks sonlarni e'tiborsiz qoldiramiz.

Hozirgacha barcha misollarda trig funksiyalari, eksponensial funktsiyalari mavjud emas, va hokazo. ularda. Biz har doim shunday bo'lishini kutmasligimiz kerak. Shunday qilib, keling, faqat \(x\) quvvatlarini o'z ichiga olmaydigan ba'zi misollarni ko'rib chiqaylik.

4-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[y = 6x - 4\cos \left( {3x} \right)\]
Yechim

Avval hosilani oling va ikkinchi muddatda zanjir qoidasidan foydalanishni unutmang.

\[y' = 6 + 12\sin \left( {3x} \right)\]

Endi bu hamma joyda mavjud bo'ladi va shuning uchun hosila mavjud bo'lmagan muhim nuqtalar bo'lmaydi. Faqat kritik nuqtalar hosilani nolga aylantirgan nuqtalardan keladi. Biz hal qilishimiz kerak,

\[\begin{align*}6 + 12\sin \left( {3x} \right) & = 0\\ \sin \left( {3x} \right) & = - \frac{1}{2}\end{align*}\]

Bu tenglamani yechish quyidagini beradi.

\[\begin{align*}3x & = 3.6652 + 2\pi n,\hspace{0.25in}n = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots \\ 3x & = 5.7596 + 2\pi n,\hspace{0.25in}n = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots \end{align*}\]

Bularda \(2 \pi n\) ni unutmang! Yo'lda muammolar bo'ladi, ularsiz biz yechimlarni o'tkazib yuboramiz! Shuningdek, u ushbu bosqichda qo'yilganligiga ishonch hosil qiling! Endi ushbu funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni olish uchun 3 ga bo'ling.

\[\begin{align*}x &= 1.2217 + \frac{{2\pi n}}{3},\hspace{0.5in}n = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots \\ x &= 1.9199 + \frac{{2\pi n}}{3},\hspace{0.5in}n = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots \end{align*}\]

E'tibor bering, oldingi misolda biz cheksiz ko'p tanqidiy nuqtalarni oldik. Bu ba'zida sodir bo'ladi, shuning uchun bu sodir bo'lganda tashvishlanmang.

5-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[h\left( t \right) = 10t{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}}\]
Yechim

Mana bu funktsiyaning hosilasi.

\[h'\left( t \right) = 10{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}} + 10t{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}}\left( { - 2t} \right) = 10{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}} - 20{t^2}{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}}\]

Endi, bu yoqimsiz ko'rinadi, ammo ozgina faktoring bilan biz narsalarni quyidagicha tozalashimiz mumkin:

\[h'\left( t \right) = 10{{\bf{e}}^{3 - {t^2}}}\left( {1 - 2{t^2}} \right)\]

Bu funktsiya hamma joyda mavjud bo'ladi, shuning uchun mavjud bo'lmagan hosiladan hech qanday tanqidiy nuqtalar kelmaydi. Bu qaerda nol ekanligini aniqlash ko'rinadiganidan osonroqdir. Biz bilamizki, ko'rsatkichlar hech qachon nolga teng emas va shuning uchun hosila nolga teng bo'lishining yagona yo'li, agar:

\[\begin{align*}1 - 2{t^2} & = 0\\ 1 & = 2{t^2}\\ \frac{1}{2} & = {t^2}\end{align*}\]

Ushbu funktsiya uchun ikkita muhim nuqtaga ega bo'lamiz.

\[t = \pm \frac{1}{{\sqrt 2 }}\]
6-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[f\left( x \right) = {x^2}\ln \left( {3x} \right) + 6\]
Yechim

Loyimani olishdan oldin shuni ta'kidlaylikki, biz manfiy son yoki nol jurnalini ololmasak, biz faqat \(x > 0\) ga qarashimiz mumkin.

Demak, hosila,

\[\begin{align*}f'\left( x \right) & = 2x\ln \left( {3x} \right) + {x^2}\left( {\frac{3}{{3x}}} \right)\\ & = 2x\ln \left( {3x} \right) + x\\ & = x\left( {2\ln \left( {3x} \right) + 1} \right)\end{align*}\]

Endi, agar \(x\) manfiy son bo'lsa yoki \(x = 0\) bo'lsa, bu hosila mavjud bo'lmaydi, lekin yana funktsiya ham bo'lmaydi va shuning uchun bular muhim nuqtalar emas. Esda tutingki, funktsiya faqat \(x > 0\) bilan mavjud bo'ladi va hosila faqat \(x > 0\) da mavjud bo'ladi va shuning uchun biz tashvishlanishimiz kerak bo'lgan yagona narsa lotin qaerda nolga teng ekanligi.

Birinchidan, ko'rinishga qaramay, hosila \(x = 0\) uchun nolga teng bo'lmaydi. Yuqorida aytib o'tilganidek, hosila \(x = 0\) da tabiiy logarifm tufayli mavjud emas va shuning uchun hosila u erda nolga teng bo'lishi mumkin emas!

Shunday qilib, hosila faqat nolga teng bo'ladi, agar:

\[\begin{align*}2\ln \left( {3x} \right) + 1 & = 0\\ \ln \left( {3x} \right) & = - \frac{1}{2}\end{align*}\]

Eslatib o'tamiz, biz buni ikkala tomonni eksponentatsiya qilish orqali hal qilishimiz mumkin.

\[\begin{align*}{{\bf{e}}^{\ln \left( {3x} \right)}} & = {{\bf{e}}^{ - \frac{1}{2}}}\\ 3x & = {{\bf{e}}^{ - \frac{1}{2}}}\\ x & = \frac{1}{3}{{\bf{e}}^{ - \frac{1}{2}}} = \frac{1}{{3\sqrt {\bf{e}} }}\end{align*}\]

Ushbu funktsiya uchun bitta muhim nuqta mavjud.

Keling, yana bir muammoni hal qilaylik.

7-misol Funktsiya uchun barcha muhim nuqtalarni aniqlang. \[f\left( x \right) = x{{\bf{e}}^{{x^2}}}\]
Yechim

E'tibor bering, bu funktsiya 5-misolda qo'llanilgan funktsiyadan unchalik farq qilmaydi. Bu holda hosila:

\[f'\left( x \right) = {{\bf{e}}^{{x^2}}} + x{{\bf{e}}^{{x^2}}}\left( {2x} \right) = {{\bf{e}}^{{x^2}}}\left( {1 + 2{x^2}} \right)\]

Bu funktsiya \(x\) ning har qanday haqiqiy qiymati uchun hech qachon nolga teng bo'lmaydi. Albatta, eksponensial hech qachon nolga teng bo'lmaydi va agar \(x\) murakkab bo'lsa va polinom nolga teng bo'ladi va biz faqat kritik nuqtalar uchun \(x\) ning haqiqiy qiymatlarini olishni xohlaymiz.

Shuning uchun bu funktsiya hech qanday tanqidiy nuqtalarga ega bo'lmaydi.

Shuni ta'kidlash kerakki, barcha funktsiyalar muhim nuqtalarga ega emas! Ushbu kursda biz ko'rib chiqadigan funktsiyalarning aksariyati muhim nuqtalarga ega. Buning sababi, bu muammolar yanada qiziqarli misollarni keltirib chiqaradi. Bu fakt sizni har doim funktsiya muhim nuqtalarga ega bo'lishini kutishingizga olib kelmasin. Ba'zan ular bu oxirgi misol ko'rsatganidek emas.