Greitis, pagreitis, antroji išvestinė
Išvestinę galima imti dar kartą – tada gauname antrąją išvestinę. Fizikoje tai pagreitis, o grafike – atsakymas į klausimą, kur kreivė „laiko vandenį“ kaip puodelis, o kur „nuleidžia“ kaip kupolas.

Kam to reikia?
Jei žinome, kur daiktas yra kiekvieną akimirką – s(t) – tai išvestinė pasako jo greitį: v(t) = s′(t). O greičio išvestinė pasako, kaip greitai keičiasi pats greitis, t. y. pagreitį: a(t) = v′(t) = s″(t).
Vairuotojas spaudžia stabdžius – greitis mažėja, pagreitis neigiamas. Lėktuvas kyla – keleivius spaudžia į kėdes, nes pagreitis didelis. Kamuolys skrenda aukštyn – jis vis lėtėja, nes Žemė traukia žemyn su pagreičiu apie 10 m/s². Visa tai – antroji išvestinė.
| Dydis | Formulė | Ką sako | Vienetai |
|---|---|---|---|
| kelias (padėtis) | s(t) | kur daiktas yra | m |
| greitis | v(t) = s′(t) | kaip greitai keičiasi padėtis | m/s |
| pagreitis | a(t) = v′(t) = s″(t) | kaip greitai keičiasi greitis | m/s² |
1 pavyzdys. Stabdantis automobilis
Pradėjęs stabdyti, automobilis per t sekundžių nuvažiuoja s(t) = 20t − 2t² metrų. Kada jis sustos ir koks stabdymo kelias?
Štai kodėl kelių eismo taisyklėse tiek dėmesio greičiui: stabdymo kelias auga su greičio kvadratu.
Kamuolys, mestas aukštyn
Kamuolį metame tiesiai aukštyn 20 m/s greičiu. Jo aukštis po t sekundžių h(t) = 20t − 5t² metrų. Klausimai: kada jis aukščiausiai? Kokiu greičiu jis nukris ant žemės?
Viršuje kamuolys akimirkai sustoja (v = 0), bet pagreitis ten vis tiek −10 – todėl jis neužstringa ore, o pradeda kristi. Ir nukrenta tokiu pat greičiu, kokiu buvo išmestas, tik priešinga kryptimi.
Antroji išvestinė – kas tai?
Antroji išvestinė – tai išvestinės išvestinė: f″(x) = (f′(x))′. Jokių naujų taisyklių – tiesiog skaičiuojame išvestinę du kartus iš eilės.
2 pavyzdys. Rask f″(x)
Ką ji reiškia grafikui? f′ sako, ar grafikas kyla, ar leidžiasi. O f″ sako, ar polinkis didėja, ar mažėja – t. y. į kurią pusę grafikas lenkiasi.
IškilumasPuodelis ir kupolas
- f″(x) > 0 → polinkis didėja → kreivė lenkiasi kaip puodelis ∪, kuris laiko vandenį. Sakome: funkcija iškila žemyn. Liestinė yra po kreive.
- f″(x) < 0 → polinkis mažėja → kreivė lenkiasi kaip kupolas ∩, vanduo nuteka. Funkcija iškila aukštyn. Liestinė yra virš kreivės.
- Taškas, kuriame f″ keičia ženklą (puodelis virsta kupolu arba atvirkščiai), vadinamas perlinkio tašku. Ten liestinė kerta kreivę – pereina iš vienos pusės į kitą.
3 pavyzdys. Perlinkio taškai funkcijos f(x) = x⁴ − 6x²
Iškila žemyn intervaluose (−∞; −1) ir (1; +∞), iškila aukštyn intervale (−1; 1).
Antrosios išvestinės testasMaksimumas ar minimumas – be ženklų lentelės
Jei f′(x₀) = 0 (liestinė horizontali), užtenka pažiūrėti į f″(x₀):
- f″(x₀) > 0 → puodelis → dugne minimumas;
- f″(x₀) < 0 → kupolas → viršūnėje maksimumas;
- f″(x₀) = 0 → testas nieko nepasako, grįžk prie ženklų lentelės (6 skyrius).
VBE tipo uždavinys: visas funkcijos tyrimas
Duota funkcija f(x) = x³ − 6x² + 9x + 1.
a) Raskite f′(x). b) Raskite didėjimo ir mažėjimo intervalus bei ekstremumus. c) Raskite perlinkio tašką. d) Parašykite liestinės perlinkio taške lygtį. e) Nurodykite iškilumo intervalus.
Sprendimas
Dažniausios klaidos
- v(t) = s′(t) – greitis, a(t) = v′(t) = s″(t) – pagreitis. Aukščiausias taškas / sustojimas – kai v = 0.
- f″ = (f′)′. f″ > 0 – iškila žemyn ∪, f″ < 0 – iškila aukštyn ∩.
- Perlinkio taškas – kur f″ keičia ženklą; ten liestinė kerta kreivę.
- Testas: f′(x₀) = 0 ir f″(x₀) > 0 → minimumas; f″(x₀) < 0 → maksimumas.
Pasitikrink
Taškas juda pagal dėsnį s(t) = t³ − 2t² + 3t (m). Koks jo greitis (m/s), kai t = 2 s?
Užuomina
v(t) = s′(t). Rask išvestinę ir įstatyk t = 2.
Sprendimas
To paties taško pagreitis (m/s²), kai t = 2 s?
Užuomina
a(t) = v′(t) = s″(t).
Sprendimas
Rask f″(x), kai f(x) = x³ + 2x² − 5x.
Užuomina
Pirma f′(x) = 3x² + 4x − 5, tada dar kartą išvestinė.
Sprendimas
Rask funkcijos f(x) = x⁴ − 6x² + x perlinkio taškų abscises (x reikšmes, per kabliataškį).
Užuomina
Narys x antrosios išvestinės nepakeičia. f″(x) = 12x² − 12.
Sprendimas
Akmuo mestas aukštyn, jo aukštis h(t) = 25t − 5t² (m). Kokį didžiausią aukštį (m) jis pasieks?
Užuomina
Aukščiausiai akmuo yra tada, kai jo greitis v(t) = h′(t) = 0.
Sprendimas
Ką jau moki
Sveikiname – praėjai visą kelią nuo „kas tas greitis?“ iki antrosios išvestinės. Štai ką dabar moki, skyrius po skyriaus. Jei kuri vieta dar neaiški – grįžk ir patempk slankiklius dar kartą.
Mokymosi puslapis. Klaidą ar neaiškumą pastebėjai – pasakyk tėčiui.