Matematik I · 3. Ünite: Türevin Uygulamaları

Birinci Türev Testi ve Eğrinin Yönü (Artan/Azalan)

Bir fonksiyonun grafiği yukarı mı yoksa aşağı mı gidiyor ve nerede dönüyor? Bu soru, bir şirketin kârının hangi üretim düzeyinde en yüksek olduğunu, bir cismin konumunun ne zaman geri döndüğünü ve bir ilacın kandaki derişiminin ne zaman zirve yaptığını bulmanın özüdür. Türevin işareti artan ve azalan bölgeleri belirler, işaretin değiştiği kritik noktalar ise yerel ekstremumları verir. Bu konuda artan/azalan testini Ortalama Değer Teoremi'nden ispatlar, Birinci Türev Testi'ni kurar ve işaret tablosu yöntemiyle fonksiyonun yönünü ve ekstremumlarını sistematik biçimde belirlersiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: grafiğin yönü ve dönüş noktaları

  2. Artan ve azalan fonksiyonlar; artan/azalan testi

  3. Birinci Türev Testi (First Derivative Test)

  4. Çözümlü örnekler

  5. Yerel ekstremumdan mutlak ekstremuma ve sınır durumları

  6. Simülasyonda gözlem: f ve f′ grafikleri alt alta

  7. Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları

Anahtar terimler

Artan fonksiyon (increasing function)
Aralıkta $x_1<x_2$ olduğunda $f(x_1)<f(x_2)$ olan fonksiyon; $f'>0$ yeterli koşuldur.
Azalan fonksiyon (decreasing function)
Aralıkta $x_1<x_2$ olduğunda $f(x_1)>f(x_2)$ olan fonksiyon; $f'<0$ yeterli koşuldur.
Artan/Azalan Testi
Aralıkta $f'>0$ ise $f$ artan, $f'<0$ ise azalandır; MVT'nin sonucudur.
Birinci Türev Testi (First Derivative Test)
Kritik noktada $f'$'nin işaret değişimine bakarak yerel maksimum, minimum ya da ekstremum olmadığına karar verme yöntemi.
İşaret tablosu (sign chart)
Kritik noktalarla bölünmüş aralıklarda $f'$'nin işaretini gösteren tablo.
Yerel maksimum
Komşuluğundaki tüm $x$ için $f(x)\le f(c)$ olan $f(c)$; $f'$ burada $+\to-$ geçer.
Yerel minimum
Komşuluğundaki tüm $x$ için $f(x)\ge f(c)$ olan $f(c)$; $f'$ burada $-\to+$ geçer.
Sivri uç (cusp)
Türevin tanımsız olduğu, teğetin dikey olduğu nokta ($x^{2/3}$ gibi); ekstremum olabilir.

Örnek soru

$f(x)=x^3-3x^2-9x+5$ fonksiyonu hangi aralıklarda artandır?

  1. $(-1,3)$
  2. $(-\infty,-3)$ ve $(1,\infty)$
  3. $(-\infty,3)$
  4. $(-\infty,-1)$ ve $(3,\infty)$
  5. $(-3,1)$

Doğru cevap: D

Çözüm

1. $f'(x)=3x^2-6x-9=3(x-3)(x+1)$; kritik noktalar $x=-1$ ve $x=3$.
2. $f'>0$ olan bölge: $x<-1$ (iki çarpan da negatif) ve $x>3$ (iki çarpan da pozitif).
3. $(-1,3)$'te $f'<0$, yani azalandır.
Sonuç: $(-\infty,-1)\cup(3,\infty)$. Çeldirici $(-\infty,-3)\cup(1,\infty)$ kökleri işaret değiştirerek ($-1,3$ yerine $-3,1$) yazmaktan gelir; $(-1,3)$ ise azalan aralığın kendisidir.

Matematik I: tüm konular