Pontos extremos de uma função

Em matemática, em especial na análise real, os pontos de máximo e mínimo, também chamados de pontos extremos de uma função são pontos do domínio onde a função atinge seu valor máximo e mínimo. Ou seja, dizemos que $M$ e $m$ valores máximo e mínimo se existem pontos no domínio $x_{m}$ e $x_{M}$ tais que:

Esta função tem um mínimo global em *x=-3*, um máximo local em *x=0* e um mínimo local em *x=2*.

m=f(x_{m})\leq f(x)\leq f(x_{M})=M

, para todo

x

no domínio.

Em geral, não se pode garantir a existência de tais máximos e mínimos, mesmo para funções reais contínuas limitadas. No entanto é possível mostrar que toda função real definida num compacto assume tanto um máximo como um mínimo.

Define-se também ponto de máximo local e ponto de mínimo local, que são pontos de máximo (ou de mínimo) de uma função em alguma vizinhança do ponto contida no domínio.

Definição editar

Uma função real f definida num domínio X tem um ponto máximo global em x* se $f(x^{*})\geq f(x)$ para todo x em X. Similarmente, a função tem um ponto mínimo global em x* se $f(x^{*})\leq f(x)$ para todo x em X.

O valor da função no ponto máximo é chamado de valor máximo da função e o valor da função no ponto mínimo é chamado de valor mínimo da função.

Se o domínio X é um espaço métrico então f tem um ponto máximo local no ponto x* se existir algum Ɛ 0 de modo que f(x*) f(x) para todo x em X dentro da distância Ɛ de x*. Similarmente, a função tem um ponto mínimo local no x* se f(x*) f(x) para todo x em X dentro da distância Ɛ de x*. Uma definição similar pode ser usada quando X é um espaço topológico, desde que a definição possa somente ser reescrita em termos de sua vizinhança. Note que um ponto máximo global é sempre um ponto máximo local, e igualmente para pontos mínimos.

Uma função contínua real com um domínio compacto sempre tem um ponto máximo e mínimo. Um importante exemplo é uma função cujo domínio é um intervalo aberto de números reais (e limitado) (veja o gráfico acima).

Máximos e mínimos editar

Encontrar o máximo e mínimo global é o objetivo da otimização matemática. Se uma função é contínua em um intervalo fechado, então o teorema do valor extremo máximo e mínimo global existe. Além disso, o máximo global (ou mínimo) também pode ser um máximo local (ou mínimo) no interior do domínio, ou deve estar no limite do domínio. Então o método de encontrar o máximo global (ou mínimo) é através de todo máximo local (ou mínimo) no inteiro e também nos pontos máximos (ou mínimos) dos limites, e admitir o maior ou menor. Métodos dos intervalos fechados, para calcular máximos e mínimos absolutos de uma função F: [ a b ] pertence ao conjunto dos números reias, IR devemos:

1. Derivar F(x) e encontrar C, com F^’(C)=0

2. Encontrar os valores C, onde F’(C) não existe.

3. Calcular F(a), F(b).

4. Comparar F(a),F(b) e os valores F(C):

· O maior é o máximo absoluto

· O menor é o mínimo absoluto.

EX: f (x) = x^3-3x^2+1 [ -1/2,4]

*Primeiro passo derivar a função.

f '(x ) = 3x^2-6x

* segundo passo achar o valor de x quando a derivada é 0 (achar as raízes da derivada)

f'(x)= 0

3x^2-6x= 0

3x(x-2)= 0

Usando a regra de Bhaskara, para que o resultado seja igual a zero, ou 3x =0, ou (x – 2) = 0

então as raízes são

x' =0 ..e x'' = 2

*Terceiro passo, substituir o ponto do intervalo [-1/2,4], na função.

f (x) = x^3-3x^2+1

*Quarto passo, substituir os valores das raízes da derivada na função

Onde

f (x) = x^3-3x^2+1

(4) ponto máximo absoluto (2) ponto mínimo absoluto

(17) máximo absoluto (-3) mínimo absoluto

O extremo local de uma função diferenciável pode ser encontrada através do teorema de Fermat, em que encontra os pontos críticos. Um modo é distinguir aonde o ponto critico é máximo local ou mínimo local usando o teste da primeira derivada, ou o teste de várias derivadas, dando uma suficiente diferenciabilidade.

Funções com mais de uma variável editar

Superfície de Peano, um contraexemplo para o critério de máximo local do século XIX

Para funções de mais do que uma variável as mesmas condições se aplicam. Por exemplo, na figura a direita, a condição necessária para o máximo local são similares a utilizadas para uma função com somente uma variável. A primeira derivada parcial em z (a variável a ser maximizada) é zero no máximo. A segunda derivada parcial é negativa. Isto é necessário, porém não é uma condição suficiente para um máximo local porque há a possibilidade de um ponto mínimo. Para resolver essas condições para o máximo, a função z tem que ser completamente diferenciável. O teste da segunda derivada parcial pode ajudar classificar o ponto em que é máximo relativo ou mínimo relativo. Em contraste, há diferenças entre funções de uma variável e funções de mais do que uma variável na identificação do extremo global. Por exemplo, se um limite de uma função diferenciável f definidade em um intervalo fechado na linha dos reais tem um único ponto crítico, no qual é um mínimo local, então este é também um mínimo global (usando o Teorema do valor intermediário e o Teorema de Rolle prova isto por redução pelo absurdo). Em duas ou mais dimensões, estes argumentos falham, como a função mostra

$f(x,y)=x^{2}+y^{2}(1-x)^{3},x,y\in R$

O ponto critico é (0,0) no qual é o mínimo local com $f(0,0)=0$ . No entanto, este não pode ser um global, porque $f(2,3)=-5$ .

Exemplos^[1] editar

$f(x)=x^{2}$ definida na reta admite um mínimo em $x=0$ mas não admite máximo.
$f(x)=x^{3}$ não tem mínimo ou máximo global. Entretanto a primeira derivada (3x²) é 0 em x=0, este é um ponto de inflexão.
$f(x)=\mid x\mid$ tem um mínimo global em x=0 que não pode ser encontrado pelas derivadas, porque a derivadas não existe em x=0.
$f(x)=cos(x)$ definida na reta admite infinitos pontos de máximo e infinitos pontos de mínimo.
$f(x)=\sin(x)$ definida na reta admite infinitos pontos de máximo e infinitos pontos de mínimo.

Pontos críticos editar

Seja $f:D\to \mathbb {R}$ uma função real diferenciável em um domínio $D$ contido nos reais. Então todo ponto de máximo ou de mínimo local é também um ponto crítico da função, ou seja, sua derivada é nula.