ม.ปลาย · 35 นาที

ฟังก์ชันเพิ่มและฟังก์ชันลด

รู้จักฟังก์ชันเพิ่มและฟังก์ชันลดจากนิยามและจากกราฟ แล้วใช้เครื่องหมายของอนุพันธ์ f′(x) หาจุดวิกฤติและช่วงที่กราฟขึ้นหรือลง ทดลองกับฟังก์ชัน 8 แบบ ตั้งแต่เชิงเส้น กำลังสอง กำลังสาม ค่าสัมบูรณ์ รากที่สอง ไฮเพอร์โบลา เอกซ์โพเนนเชียล ถึงลอการิทึม ปรับค่าสัมประสิทธิ์เองได้ ดูขั้นตอนการหา f′(x) ฝึกโจทย์ 4 ระดับ และสร้างชุดข้อสอบพร้อมเฉลย

ปกด้านในบทฟังก์ชันเพิ่มและฟังก์ชันลด ครูยืนอยู่ด้านซ้ายชี้นิ้วไปยังบันไดสีเขียวที่ไต่ขึ้นและบันไดสีส้มที่ไล่ลง

ฟังก์ชันเพิ่มและฟังก์ชันลดคืออะไร

ให้ f เป็นฟังก์ชันที่นิยามบนช่วง I ถ้าทุก x₁ < x₂ ในช่วง I ทำให้ f(x₁) < f(x₂) เรียก f ว่าเป็นฟังก์ชันเพิ่มบน I แต่ถ้า x₁ < x₂ ทำให้ f(x₁) > f(x₂) เรียกว่าเป็นฟังก์ชันลดบน I พูดง่าย ๆ คือเมื่อ x มากขึ้น ฟังก์ชันเพิ่มให้ค่า y มากขึ้น ส่วนฟังก์ชันลดให้ค่า y น้อยลง การบอกว่าเพิ่มหรือลดต้องบอกช่วงของ x กำกับเสมอ

ตัวอย่าง

f(x) = 2x + 1 เมื่อ x₁ = 1, x₂ = 3 ได้ f(1) = 3 < f(3) = 7 และเป็นจริงทุกคู่ f จึงเป็นฟังก์ชันเพิ่มบนทุกจำนวนจริง ส่วน g(x) = −x + 4 ได้ g(1) = 3 > g(3) = 1 จึงเป็นฟังก์ชันลด

ฟังก์ชันเพิ่มบนช่วง I คือ x₁ < x₂ ทำให้ f(x₁) < f(x₂) เช่น f(x) = 2x + 1 ได้ f(1) = 3 < f(3) = 7 ส่วนฟังก์ชันลดคือ g(x₁) > g(x₂) เช่น g(x) = −x + 4 ได้ g(1) = 3 > g(3) = 1
เมื่อ x มากขึ้น ฟังก์ชันเพิ่มให้ y มากขึ้น ฟังก์ชันลดให้ y น้อยลง และต้องระบุช่วงของ x เสมอ

อ่านจากกราฟ: ขึ้นเนิน ลงเนิน

มองกราฟจากซ้ายไปขวา ช่วงที่กราฟไต่ขึ้นคือช่วงที่ฟังก์ชันเพิ่ม ช่วงที่กราฟไหลลงคือช่วงที่ฟังก์ชันลด และช่วงที่กราฟราบเป็นเส้นตรงแนวนอนคือฟังก์ชันคงที่ ฟังก์ชันหนึ่งตัวอาจเพิ่มในบางช่วงและลดในบางช่วงได้ เช่น พาราโบลาหงายจะลดก่อนถึงจุดยอดแล้วเพิ่มหลังจุดยอด

ตัวอย่าง

f(x) = x² − 4x + 1 มีจุดยอดที่ x = 2 กราฟลดเมื่อ x < 2 และเพิ่มเมื่อ x > 2 ในห้องทดลองช่วงเพิ่มเป็นสีเขียว ช่วงลดเป็นสีส้ม

อ่านกราฟจากซ้ายไปขวาเพื่อแยกช่วงเพิ่ม ลด และคงที่ เช่น f(x) = x² − 4x + 1 มีจุดยอด (2, −3) ลดบน (−∞, 2) และเพิ่มบน (2, ∞)
พาราโบลาหงายลดก่อนถึงจุดยอดแล้วเพิ่มหลังจุดยอด

ใช้อนุพันธ์ตรวจว่าเพิ่มหรือลด

อนุพันธ์ f′(x) คือความชันของเส้นสัมผัสกราฟที่จุด x ถ้า f′(x) > 0 ทุกค่า x ในช่วงใด เส้นสัมผัสเอียงขึ้น f จึงเป็นฟังก์ชันเพิ่มบนช่วงนั้น ถ้า f′(x) < 0 ทุกค่าในช่วง f เป็นฟังก์ชันลด และถ้า f′(x) = 0 ตลอดช่วง f เป็นฟังก์ชันคงที่ งานของเราจึงเหลือแค่หาว่า f′(x) เป็นบวกหรือลบในช่วงใด

ตัวอย่าง

f(x) = x² − 4x + 1 ได้ f′(x) = 2x − 4 แทน x = 0 ได้ f′(0) = −4 < 0 จึงลดทางซ้ายของ 2 แทน x = 3 ได้ f′(3) = 2 > 0 จึงเพิ่มทางขวาของ 2

ถ้า f′(x) > 0 ตลอดช่วง f เพิ่ม ถ้า f′(x) < 0 f ลด ถ้า f′(x) = 0 f คงที่ ตัวอย่าง f(x) = x² − 4x + 1 ได้ f′(x) = 2x − 4 โดย f′(0) = −4 < 0 และ f′(3) = 2 > 0 จึงลดบน (−∞, 2) และเพิ่มบน (2, ∞)
ใช้เครื่องหมายของความชันเส้นสัมผัส f′(x) ตัดสินว่าฟังก์ชันเพิ่มหรือลด

จุดวิกฤติ: ที่ที่เครื่องหมายอาจเปลี่ยน

เครื่องหมายของ f′ จะเปลี่ยนจากบวกเป็นลบหรือจากลบเป็นบวกได้เฉพาะที่จุดซึ่ง f′(x) = 0 หรือ f′(x) หาค่าไม่ได้ เรียกค่า x เหล่านี้ว่าค่าวิกฤติ และจุด (x, f(x)) ว่าจุดวิกฤติ เมื่อแบ่งเส้นจำนวนด้วยค่าวิกฤติแล้ว ในแต่ละช่วงย่อย f′ จะมีเครื่องหมายเดียว จึงแทนค่า x เพียงหนึ่งค่าก็รู้เครื่องหมายทั้งช่วง

ตัวอย่าง

f(x) = −2|x − 1| + 3 กราฟหักมุมที่ x = 1 ทำให้ f′(1) หาค่าไม่ได้ x = 1 จึงเป็นค่าวิกฤติ f เพิ่มเมื่อ x < 1 และลดเมื่อ x > 1 จุดวิกฤติคือ (1, 3)

ค่าวิกฤติ c คือค่าที่ f′(c) = 0 หรือหาค่าไม่ได้ เช่น f(x) = −2|x − 1| + 3 หักมุมที่ x = 1 จุดวิกฤติ (1, 3) เพิ่มบน (−∞, 1) ด้วยความชัน 2 และลดบน (1, ∞) ด้วยความชัน −2
กราฟหักมุมที่ x = 1 ทำให้ f′(1) หาค่าไม่ได้ จึงเป็นค่าวิกฤติที่เครื่องหมายเปลี่ยน

สี่ขั้นตอนหาช่วงเพิ่มและช่วงลด

ขั้นที่ 1 หาโดเมนของ f ขั้นที่ 2 หาอนุพันธ์ f′(x) ขั้นที่ 3 หาค่า x ที่ f′(x) = 0 หรือหาค่าไม่ได้ ขั้นที่ 4 แบ่งเส้นจำนวนด้วยค่าเหล่านั้น แทนค่าตัวแทนในแต่ละช่วงเพื่อดูเครื่องหมายของ f′ แล้วสรุปช่วงเพิ่มและช่วงลด

ตัวอย่าง

f(x) = x³ − 3x² + 2 ได้ f′(x) = 3x² − 6x = 3x(x − 2) = 0 เมื่อ x = 0 หรือ x = 2 ตรวจ x = −1 ได้ f′ = 9 > 0, x = 1 ได้ f′ = −3 < 0, x = 3 ได้ f′ = 9 > 0 ดังนั้น f เพิ่มเมื่อ x < 0 และ x > 2 ลดเมื่อ 0 < x < 2 จุดวิกฤติคือ (0, 2) และ (2, −2)

สี่ขั้นตอนกับ f(x) = x³ − 3x² + 2 ได้ f′(x) = 3x(x − 2) ค่าวิกฤติ 0 และ 2 ตารางเครื่องหมาย f′(−1) = 9, f′(1) = −3, f′(3) = 9 จึงเพิ่มบน (−∞, 0) และ (2, ∞) ลดบน (0, 2) จุดวิกฤติ (0, 2) และ (2, −2)
หาโดเมน หาอนุพันธ์ หาค่าวิกฤติ แล้วตรวจเครื่องหมายในแต่ละช่วง

ระวังจุดที่ฟังก์ชันไม่นิยาม

ถ้าโดเมนขาดตอน เช่น มีเส้นกำกับแนวตั้ง ต้องแยกช่วงทั้งสองฝั่งออกจากกัน แม้ f′ จะมีเครื่องหมายเดียวกันทั้งสองฝั่งก็ห้ามรวมเป็นช่วงเดียว เพราะค่า f ฝั่งขวาอาจมากกว่าฝั่งซ้ายได้ ส่วนฟังก์ชันรากที่สองและลอการิทึมต้องดูเฉพาะช่วงที่อยู่ในโดเมน

ตัวอย่าง

f(x) = 4/(x + 1) + 2 ได้ f′(x) = −4/(x + 1)² < 0 ทุก x ≠ −1 ตอบว่า f ลดบน x < −1 และลดบน x > −1 แยกกัน ไม่ใช่ลดบนทุกจำนวนจริง เพราะ f(−2) = −2 แต่ f(0) = 6

f(x) = 4/(x + 1) + 2 มี f′(x) = −4/(x + 1)² < 0 ทุก x ≠ −1 จึงลดบน (−∞, −1) และลดบน (−1, ∞) แยกกัน เพราะ f(−2) = −2 < f(0) = 6
เมื่อฟังก์ชันไม่นิยามที่ x = −1 ต้องแยกช่วงสองฝั่ง ห้ามรวมเป็นช่วงเดียว

ใช้ห้องทดลอง ฝึกโจทย์ และออกข้อสอบ

โหมดสำรวจให้เลือกฟังก์ชัน 8 แบบ พิมพ์หรือเลื่อนค่า a, b, c, d, h, k ได้เอง กราฟจะระบายสีตามเครื่องหมายของ f′ พร้อมจุดวิกฤติ แถบเครื่องหมาย ขั้นตอนการหา f′(x) และตารางค่าที่คัดลอกไปวางใน Excel ได้ โหมดฝึกโจทย์มี 4 ระดับแบบเลือกตอบ สีของกราฟจะปรากฏหลังตอบ โหมดชุดข้อสอบสร้างโจทย์ตามจำนวนข้อและระดับ ใช้เลขชุดเดิมได้ข้อสอบชุดเดิม คัดลอกเป็นข้อความพร้อมเฉลย และบันทึกกราฟเป็นภาพ PNG ไปใส่ในใบงาน

ตัวอย่าง

ครูตั้งระดับ "ผสมทุกแบบ" 10 ข้อ เลขชุด 2026 ปิด "แสดงเฉลย" แล้วคัดลอกไปทำใบงาน จากนั้นเปิดเฉลยเพื่อคัดลอกชุดเดียวกันพร้อมคำตอบ

ห้องทดลองฟังก์ชันเพิ่มและฟังก์ชันลด

ดูเครื่องหมายของ f′(x) แล้วอ่านช่วงที่กราฟขึ้นหรือลง
−10−8−6−4−2246810−55xy(0, 2)(2, −2)f(x) = x³ − 3x² + 2

ลากเพื่อเลื่อนกราฟ · ล้อเมาส์เพื่อซูม · ชี้ที่กราฟเพื่ออ่านค่า f′(x)

ลองคิดด้วยตัวเอง

เช็กความเข้าใจ

f(x) = x² − 6x + 5 เป็นฟังก์ชันเพิ่มบนช่วงใด
← กลับไปเลือกบทเรียน