Start › Klasy › Klasa 3 LO › Monotoniczność funkcji a pochodna

Monotoniczność funkcji a pochodna

Klasa 3 LO — teoria, wzory, quizy i zadania do tego tematu.

📄Zadania z arkuszy 9

Prawdziwe zadania z arkuszy egzaminacyjnych (matura, egzamin ósmoklasisty, próbne) dotyczące tego tematu.

Zadanie nr 12.2 · Matura 2025

Objętość \(V\) graniastosłupa prawidłowego trójkątnego w zależności od długości \(a\) krawędzi podstawy jest określona wzorem

\(V(a)=6a-\frac{1}{8}a^3\)

dla \(a\in\left(0,4\sqrt{3}\right)\).

Wyznacz długość krawędzi podstawy tego z rozważanych graniastosłupów, którego objętość jest największa. Oblicz tę największą objętość. Zapisz obliczenia.

Zadanie nr 13.2 · Matura 2024

Objętość \(V\) ostrosłupa prawidłowego trójkątnego w zależności od długości \(R\) promienia okręgu opisanego na podstawie ostrosłupa jest określona wzorem

\(V(R)=\frac{\sqrt{3}}{4}\cdot\left(6R^2-R^3\right)\)

dla \(R\in(0,6)\).

Wyznacz długość promienia okręgu opisanego na podstawie tego z rozważanych ostrosłupów, którego objętość jest największa. Oblicz tę największą objętość. Zapisz obliczenia.

Zadanie nr 12.2 · Matura 2023
Oblicz najmniejszą wartość funkcji $f$ określonej dla każdej liczby dodatniej $x$. Przyjmij, że wzór funkcji można przedstawić w postaci $f(x)=x^{4}+x^{2}-6x$.
Zadanie nr 15 · Matura 2022

Rozpatrujemy wszystkie trójkąty równoramienne ostrokątne \(ABC\) (\(|AC|=|BC|\)), na których opisano okrąg o promieniu \(R=1\). Niech \(x\) oznacza odległość środka okręgu od podstawy \(AB\) trójkąta.

a) Wykaż, że pole \(P\) każdego z tych trójkątów, jako funkcja długości \(x\), wyraża się wzorem \(P(x)=(x+1)\cdot\sqrt{1-x^2}\).

b) Wyznacz dziedzinę funkcji \(P\).

c) Oblicz długość odcinka \(x\) tego z rozpatrywanych trójkątów, który ma największe pole. Oblicz to największe pole.

Zadanie nr 15 · Matura 2021

Rozpatrujemy wszystkie trójkąty prostokątne \(ABC\) o przeciwprostokątnej \(AB\) i obwodzie równym \(4\). Niech \(x=|AC|\).

a) Wykaż, że pole \(P\) trójkąta \(ABC\) jako funkcja zmiennej \(x\) jest określone wzorem

\(P(x)=\frac{x(4-2x)}{4-x}\)

b) Wyznacz dziedzinę funkcji \(P\).

c) Oblicz długości boków tego z rozpatrywanych trójkątów, który ma największe pole. Oblicz to największe pole.

Zadanie nr 15 · Matura 2019

Dany jest okrąg o środku \(S\) i promieniu \(18\). Rozpatrujemy pary okręgów: jeden o środku \(S_1\) i promieniu \(x\) oraz drugi o środku \(S_2\) i promieniu \(2x\), o których wiadomo, że spełniają jednocześnie następujące warunki:

• rozważane dwa okręgi są styczne zewnętrznie;
• obydwa rozważane okręgi są styczne wewnętrznie do okręgu o środku \(S\) i promieniu \(18\);
• punkty \(S\), \(S_1\), \(S_2\) nie leżą na jednej prostej.

Pole trójkąta o bokach \(a\), \(b\), \(c\) można obliczyć ze wzoru Herona \(P=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}\), gdzie \(p\) jest połową obwodu trójkąta.

Zapisz pole trójkąta \(SS_1S_2\) jako funkcję zmiennej \(x\). Wyznacz dziedzinę tej funkcji i oblicz długości boków tego z rozważanych trójkątów, którego pole jest największe. Oblicz to największe pole.

Zadanie nr 15 · Matura 2018

Rozpatrujemy wszystkie możliwe drewniane szkielety o kształcie przedstawionym na rysunku, wykonane z listewek. Każda z tych listewek ma kształt prostopadłościanu o podstawie kwadratu o boku długości \(x\). Wymiary szkieletu zaznaczono na rysunku.

a) Wyznacz objętość \(V\) drewna potrzebnego do budowy szkieletu jako funkcję zmiennej \(x\).

b) Wyznacz dziedzinę funkcji \(V\).

c) Oblicz tę wartość \(x\), dla której zbudowany szkielet jest możliwie najcięższy, czyli kiedy funkcja \(V\) osiąga wartość największą. Oblicz tę największą objętość.



Matematyka jest prosta
Zadanie nr 15 · Matura 2017

Rozpatrujemy wszystkie prostopadłościany o objętości \(8\), których stosunek długości dwóch krawędzi wychodzących z tego samego wierzchołka jest równy \(1:2\) oraz suma długości wszystkich dwunastu krawędzi jest mniejsza od \(28\).

Wyznacz pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu jako funkcję długości jednej z jego krawędzi. Wyznacz dziedzinę tej funkcji. Oblicz wymiary tego spośród rozpatrywanych prostopadłościanów, którego pole powierzchni całkowitej jest najmniejsze.

Zadanie nr 3 · Matura 2015

Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.

Spośród poniższych funkcji, określonych w zbiorze liczb rzeczywistych, ani minimum lokalnego, ani maksimum lokalnego nie ma funkcja

A \(f(x)=4x^2+5x\)
B \(f(x)=3x^3+2x^2\)
C \(f(x)=\frac{1}{3}x^3+2x\)
D \(f(x)=(4x+1)^2\)

📘Teoria 1

Badanie funkcji pochodną — monotoniczność i ekstrema

Znak pochodnej a monotoniczność

Pochodna mówi, jak nachylona jest styczna do wykresu — a więc czy funkcja rośnie, czy maleje:

  • $f^{\prime}(x)>0$ w przedziale $\Rightarrow$ funkcja rośnie w tym przedziale
  • $f^{\prime}(x)\lt 0$ w przedziale $\Rightarrow$ funkcja maleje w tym przedziale
  • $f^{\prime}(x)=0$ w przedziale $\Rightarrow$ funkcja jest stała

Punkty krytyczne

Punkty, w których $f^{\prime}(x)=0$ lub pochodna nie istnieje, nazywamy krytycznymi. Tylko tam może wystąpić ekstremum lokalne.

Warunek konieczny i wystarczający

Samo zerowanie pochodnej nie wystarcza. Ekstremum jest wtedy, gdy pochodna dodatkowo zmienia znak:

  • zmiana z $+$ na $-$ $\Rightarrow$ maksimum lokalne
  • zmiana z $-$ na $+$ $\Rightarrow$ minimum lokalne
  • brak zmiany znaku $\Rightarrow$ nie ma ekstremum

Klasyczny kontrprzykład: dla $f(x)=x^3$ mamy $f^{\prime}(x)=3x^2$, więc $f^{\prime}(0)=0$, ale pochodna jest dodatnia po obu stronach zera. Funkcja cały czas rośnie — ekstremum nie ma, jest tam punkt przegięcia.

Schemat badania funkcji

  1. wyznacz dziedzinę
  2. oblicz pochodną $f^{\prime}(x)$
  3. rozwiąż równanie $f^{\prime}(x)=0$
  4. zbadaj znak pochodnej w przedziałach między pierwiastkami
  5. odczytaj przedziały monotoniczności i ekstrema
  6. oblicz wartości funkcji w punktach ekstremalnych

Przykład

Zbadajmy $f(x)=x^3-3x$. Pochodna:

$$f^{\prime}(x)=3x^2-3=3(x-1)(x+1)$$

Miejsca zerowe pochodnej: $x=-1$ i $x=1$. Znak pochodnej: dodatni dla $x\lt -1$, ujemny na $(-1,\,1)$, dodatni dla $x>1$.

Zatem w $x=-1$ jest maksimum lokalne $f(-1)=2$, a w $x=1$ minimum lokalne $f(1)=-2$.

Wartość największa i najmniejsza w przedziale domkniętym

Oprócz ekstremów lokalnych sprawdzamy zawsze końce przedziału — wartość największa może być właśnie tam.

Na co uważać

Nie myl miejsca zerowego funkcji ($f(x)=0$) z miejscem zerowym pochodnej ($f^{\prime}(x)=0$) — to zupełnie różne rzeczy. Pamiętaj też, że wnioski o monotoniczności formułujemy dla przedziałów, a nie dla pojedynczych punktów.

∑Wzory 1

Ekstremum funkcji
$$f^{\prime}(x_0)=0\ \text{i zmiana znaku}\ f^{\prime}\ \Rightarrow\ \text{ekstremum w}\ x_0$$

Z $+$ na $-$: maksimum; z $-$ na $+$: minimum.

Przykład: $f(x)=x^3-3x$: $f^{\prime}=3x^2-3=0$ dla $x=\pm1$; max w $-1$, min w $1$.

🧩Quizy 1

✍Zadania dodatkowe 50

Zadania ćwiczeniowe ze zbiorów Matematix — z rozwiązaniami krok po kroku.

Zadanie nr 1

Funkcja jest rosnąca, gdy jej pochodna jest:

A ujemna
B dodatnia
C zerowa
D stała
Zadanie nr 2

Oblicz pochodną funkcji $f(x)=x^2$.

Zadanie nr 3

W ekstremum lokalnym pochodna:

A jest dodatnia
B jest ujemna
C równa się zeru
D nie istnieje
Zadanie nr 4

Oblicz pochodną funkcji $f(x)=x^3$.

Zadanie nr 5

Dla $f(x)=x^2-4x$ znajdź $x$, dla którego $f'(x)=0$.

Zadanie nr 6

Dla $f(x)=x^2-4x$ podaj przedział, w którym funkcja jest malejąca.

Zadanie nr 7

Oblicz pochodną $f(x)=x^2-4x$.

Zadanie nr 8

Oblicz pochodną $f(x)=5x$.

Zadanie nr 9

Pochodna funkcji stałej wynosi:

A $0$
B $1$
C stałą
D $x$
Zadanie nr 10

Oblicz $f'(3)$ dla $f(x)=x^2$.

Zadanie nr 11

Dla $f(x)=x^2-6x$ znajdź $x$, gdzie $f'(x)=0$.

Zadanie nr 12

Podaj przedział, gdzie $f(x)=x^2-6x$ rośnie.

Zadanie nr 13

Gdy $f'(x)\lt 0$, funkcja jest:

A rosnąca
B malejąca
C stała
D wypukła
Zadanie nr 14

Oblicz pochodną $f(x)=x^3+x$.

Zadanie nr 15

Czy $f(x)=x^3$ ma ekstremum w $x=0$? (zbadaj znak pochodnej)

Zadanie nr 16

Dla $f(x)=-x^2+4x$ znajdź maksimum.

Zadanie nr 17

Oblicz $f'(x)$ dla $f(x)=2x^3-3x^2$.

Zadanie nr 18

Napisz równanie stycznej do $f(x)=x^2$ w $(3,9)$.

Zadanie nr 19

Pochodna $f(x)=x^4$ to:

A $x^3$
B $4x$
C $4x^3$
D $x^4$
Zadanie nr 20

Znajdź współrzędne wierzchołka paraboli $f(x)=x^2-8x+3$ metodą pochodnej.

Zadanie nr PR18.1

Oblicz $f^\prime(1)$ dla $f(x)=x^3-6x^2+5$.

Zadanie nr PR18.2

Wyznacz wszystkie $m$, dla których funkcja $f(x)=x^3+mx^2+3x-1$ jest rosnąca w $\mathbb R$.

Zadanie nr PR18.3

Wyznacz równanie stycznej do wykresu funkcji $f(x)=x^3-2x+1$ w punkcie o odciętej $1$.

Zadanie nr PR18.4

Wyznacz równanie stycznej do wykresu funkcji $f(x)=\dfrac{x^2+3}{x}$ w punkcie o odciętej $1$.

Zadanie nr PR18.5

Wyznacz przedziały monotoniczności i ekstrema funkcji $f(x)=x^3-3x^2-9x+1$.

Zadanie nr PR18.6

Wyznacz najmniejszą i największą wartość funkcji $f(x)=x^3-3x$ w przedziale $[-2,3]$.

Zadanie nr PR18.7

Wyznacz przedziały monotoniczności i ekstrema funkcji $f(x)=\dfrac{x^2}{x-1}$.

Zadanie nr PR18.8

Punkt $P=(x_0,2)$, gdzie $x_0\gt 0$, należy do wykresu funkcji $f(x)=\dfrac{3x^2+1}{x^2+1}$. Wyznacz równanie stycznej do wykresu $f$ w punkcie $P$.

Zadanie nr PR18.9

Wyznacz równania stycznych do wykresu funkcji $f(x)=x^3-3x+2$ równoległych do prostej $y=9x$.

Zadanie nr PR18.10

Wyznacz wszystkie wartości $k$, dla których równanie $x^3-3x^2-9x+1=k$ ma trzy różne rozwiązania.

Zadanie nr PR18.11

Dla $f(x)=x^3$ wartość $f'(-1)$ jest równa

A $3$
B $-3$
C $-1$
D $1$
Zadanie nr PR18.12

Pochodna funkcji $f(x)=4x^3-5x+2$ jest równa

A $12x^2-5x$
B $12x^2-5$
C $4x^2-5$
D $12x^2-3$
Zadanie nr PR18.13

Funkcja $f(x)=x^3-3x$ ma maksimum lokalne dla $x$ równego

A $1$
B $0$
C $-1$
D $3$
Zadanie nr PR18.14

Funkcja $f(x)=-x^2+8x$ jest rosnąca w przedziale

A $\langle4,\infty)$
B $(-\infty,8\rangle$
C $\langle0,8\rangle$
D $(-\infty,4\rangle$
Zadanie nr PR18.15

Wyznacz równanie stycznej do wykresu funkcji $f(x)=x^2-4x$ w punkcie o odciętej $x_0=3$.

Zadanie nr PR31.1

Funkcja $f(x)=x^2-4x$ jest rosnąca dla

A $x>2$
B $x\lt 2$
C $x>4$
D $x>0$
Zadanie nr PR31.2

Funkcja $f(x)=x^2-2x$ ma minimum dla $x$ równego

A $2$
B $1$
C $0$
D $-1$
Zadanie nr PR31.3

Funkcja o pochodnej $f'(x)=2x-6$ jest malejąca dla

A $x>3$
B $x\lt 6$
C $x\lt 3$
D $x>6$
Zadanie nr PR31.4

Funkcja $f(x)=-x^2+4x$ ma maksimum dla $x$ równego

A $4$
B $-2$
C $0$
D $2$
Zadanie nr PR31.5

Wyznacz argument, dla którego funkcja $f(x)=x^2-8x+3$ ma minimum.

Zadanie nr PR31.6

Funkcja $f(x)=x^3$ na zbiorze liczb rzeczywistych jest

A rosnąca
B malejąca
C stała
D ma maksimum
Zadanie nr PR31.7

Funkcja $f(x)=x^2-6x+1$ jest malejąca dla

A $x>3$
B $x\lt 3$
C $x\lt 6$
D $x>1$
Zadanie nr PR31.8

Funkcja o pochodnej $f'(x)=3x^2$ na zbiorze liczb rzeczywistych

A ma minimum
B ma maksimum
C nie ma ekstremów
D jest malejąca
Zadanie nr PR31.9

Funkcja $f(x)=x^2+2x$ jest rosnąca dla

A $x>1$
B $x\lt -1$
C $x>0$
D $x>-1$
Zadanie nr PR31.10

Dana jest funkcja $f(x)=x^3-3x$. Wyznacz $f'(x)$, miejsca zerowe pochodnej i określ typ ekstremów.

Zadanie nr PR31.11

Funkcja $f(x)=x^2-2x$ jest rosnąca dla

A $x>1$
B $x\lt 1$
C $x>2$
D $x>0$
Zadanie nr PR31.12

Funkcja $f(x)=x^2-4x$ ma minimum dla $x$ równego

A $4$
B $2$
C $0$
D $-2$
Zadanie nr PR31.13

Funkcja o pochodnej $f'(x)=2x-8$ jest malejąca dla

A $x>4$
B $x\lt 8$
C $x\lt 4$
D $x>8$
Zadanie nr PR31.14

Funkcja $f(x)=-x^2+2x$ ma maksimum dla $x$ równego

A $2$
B $-1$
C $0$
D $1$
Zadanie nr PR31.15

Wyznacz argument, dla którego funkcja $f(x)=x^2-10x+1$ ma minimum.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.