Kurs: M0065M Förkunskaper: Derivata, Extremvärden


De flesta ekvationer, som , går inte att lösa exakt. Derivatan hjälper oss ändå på två sätt: den avgör hur många lösningar som finns och var de ligger, och den ger en metod för att räkna fram dem med godtycklig noggrannhet.

Idén

Kontinuitet ger existens: byter tecken måste grafen korsa -axeln. Monotoni ger entydighet: en strängt växande funktion kan bara korsa en gång. Tangenten ger approximation: nära roten liknar grafen sin tangent, och tangentens nollställe är lätt att räkna ut.


1. Antal rötter via monotoni

Om på ett intervall är strängt växande där och ekvationen har som mest en lösning där.

Kombinera med satsen om mellanliggande värden för att visa att exakt en rot finns.

Satsen om mellanliggande värden

Om är kontinuerlig på och ligger mellan och , så finns ett med . Se Kontinuitet.

Halverar vi intervallet och undersöker tecknet i mittpunkten får vi ett hälften så långt intervall som fortfarande innehåller roten. Det är intervallhalveringsmetoden.


2. Antal lösningar med teckentabell

När inte är monoton delar vi upp tallinjen i intervall där den är det.

Metod

  1. Gör en teckentabell för och dela upp i intervall där är strängt monoton.
  2. Beräkna i de lokala extrempunkterna och gränsvärdena i ändarna.
  3. På varje monotont intervall finns en lösning till om ligger strikt mellan värdena i ändarna, annars ingen.

Metoden svarar även på frågan hur antalet lösningar till beror på konstanten : det ändras precis när passerar ett lokalt extremvärde.


3. Newtons metod

För att approximera en rot till iterera:

Geometriskt: rita tangenten i och ta dess skärning med -axeln.

Två steg med Newtons metod för från : varje tangent skär -axeln närmare .

Metoden kan misslyckas

Newtons metod konvergerar oftast mycket snabbt om startvärdet ligger nära roten. Ligger det långt bort, eller är nära noll, kan tangenten skicka iterationen åt fel håll och följden divergera eller hoppa mellan värden. Välj därför startvärdet med hjälp av en teckentabell eller intervallhalvering.


4. Vanliga fel

Vanliga fel

  • Existens utan entydighet. Teckenbyte visar att minst en rot finns. För “exakt en” behövs också monotoni.
  • Glömma kontinuiteten. byter tecken mellan och men har inget nollställe; satsen kräver kontinuitet på hela intervallet.
  • Fel tecken i Newtons formel. Det är , inte . Kontrollera att hamnar närmare roten.
  • Radianer. För trigonometriska ekvationer ska räknaren stå i radianer.

5. Lösta övningar


Läsning

  • 4.2 Finding Roots of Equations

Se även

Resurser