Stykkevis funksjon og deriverbarhet
Funksjonen \(f\) er gitt ved
- Avgjør om \(f\) er kontinuerlig når \(x = -2\) dersom \(a = 2\) og \(b = -2\).
- Bestem \(a\), \(b\), \(c\) og \(k\) slik at \(f\) er kontinuerlig og deriverbar når \(x = -2\) og når \(x = k\).
a) Ikke kontinuerlig (\(f(-2) = -6\), midtdel \(\to -4\))
b) \(a = 14\), \(b = 24\). Enten \(k = \frac{1}{3}\), \(c = -\frac{10}{27}\) eller \(k = -1\), \(c = 2\)
a
Vi undersøker om \(f\) er kontinuerlig i \(x = -2\) med \(a = 2\) og \(b = -2\).
Venstresiden (\(x \le -2\)): \(f(-2) = 2(-2) + (-2) = -6\)
Høyresiden (\(-2 < x\)): \(\lim_{x \to -2^+} f(x) = 2(-2)^3 + 2(-2)^2 - 2(-2) = -16 + 8 + 4 = -4\)
Siden \(-6 \neq -4\) er ikke grenseverdien lik funksjonsverdien, og \(f\) er ikke kontinuerlig i \(x = -2\).
b
Kontinuitet og deriverbarhet i \(x = -2\):
Middeldelen i \(x = -2\) gir (som beregnet ovenfor):
Venstresiden: \(f(-2) = -2a + b\).
Krav om kontinuitet: \(-2a + b = -4\) … (1)
For deriverbarhet: middeldelen har \(f'(x) = 6x^2 + 4x - 2\), som gir \(f'(-2) = 6 \cdot 4 + 4 \cdot (-2) - 2 = 14\). Venstresiden har \(f'(x) = a\).
Krav om deriverbarhet: \(a = 14\) … (2)
Fra (1) og (2): \(-2 \cdot 14 + b = -4 \implies b = 24\).
Kontinuitet og deriverbarhet i \(x = k\):
Middeldelen i \(x = k\): \(f(k) = 2k^3 + 2k^2 - 2k\), og høyresiden er konstanten \(c\).
Krav om kontinuitet: \(c = 2k^3 + 2k^2 - 2k\) … (3)
For deriverbarhet: høyresiden har \(f'(x) = 0\). Middeldelen: \(f'(k) = 6k^2 + 4k - 2\).
Krav om deriverbarhet: \(6k^2 + 4k - 2 = 0 \implies 3k^2 + 2k - 1 = 0 \implies (3k-1)(k+1) = 0\)
Begge verdiene er i \(\langle -2, \rightarrow \rangle\). Vi beregner \(c\) for begge:
-
\(k = \dfrac{1}{3}\): \(c = 2 \cdot \dfrac{1}{27} + 2 \cdot \dfrac{1}{9} - 2 \cdot \dfrac{1}{3} = \dfrac{2}{27} + \dfrac{6}{27} - \dfrac{18}{27} = -\dfrac{10}{27}\)
-
\(k = -1\): \(c = 2(-1)^3 + 2(-1)^2 - 2(-1) = -2 + 2 + 2 = 2\)
Svar:
og enten \(\underline{\underline{k = \dfrac{1}{3},\ c = -\dfrac{10}{27}}}\) eller \(\underline{\underline{k = -1,\ c = 2}}\).