Saturday, 27 April 2024

12.Application of derivatives

 .Application of derivatives Basic concept Class-12 


(इस chapter के अंदर हम निम्नलिखित टॉपिक पढ़ने वाले हैं)


1. Rate of change of quantities 

2. Increasing and decreasing  functions

3. Tangent and Normal 

4.  Approximations 

5.  Maxima and Minima


ExerciseTopic

6.1Introduction
6.2Rate of Change of Quantities
6.3Increasing and Decreasing Functions
6.4Tangents and Normals
6.5Approximations
6.6Maxima and Minima
OthersMiscellaneous Q&A


-------------------------------------------------------------

1. Rate of change of quantities:

                              ⬇️

                              ⬇️

Area/Volume/C.S.A/T.S.A/Radius/Length / Breath. etc..

                             ⬇️

                             ⬇️

Variable---------------------------- ---Constant

       ↙️                                            ↘️.     

1. Dependent.                       1. Arbitrary

             And                               ( ax+by+c=0)

2. Independent.                    2. Absolute 

                                                  ( 2x+3y=8)

                               If the change in one                                    variable y with respect to x                               then dy/dx = f'(x) denoted the                      rate of change with respect to x 

                             lim x➡️0 ∆y/∆x = dy/dx
                             
                             


     A = π r²
  ↙️.          ↘️

Dep           Independent 

(बनने वाला)        (बनाने वाला)



 C = 2π r
  ↙️.          ↘️

Dep           Independent 

(बनने वाला)        (बनाने वाला)

(r में change होने से circle के Area और circumference दोनों change होंगे )

------------------------------------------------------------                    A.   ➡️r.   ➡️   t

             dA/dr × dr/dt = dA/dt

-------------------------------------------------------------





-------------------------------------------------------------

2. Increasing and decreasing.           functions.


(जब x का मान बढ़ाने पर y का मान भी बढ़ता हो तो function, Increasing होगा, और जब x का मान बढ़ाने पर y का मान घटता हो तो function decreasing होगा )


कोई function Increasing है या फिर decreasing है यह पता करने के निम्नलिखित दो तरीके हैं l
-------------------------------------------------------------


1 . By graph.                2.  By f'(x)    


-------------------------------------------------------------


1 . By graph.        



                      Increasing function.                                   ⬇️    
.                   ⬇️     

.                   .     
                    Decreasing function.            
⬇️
⬇️

Neither Increasing nor decreasing  function.          

           ⬇️
         
.                            


 
                                                                                                                                                 






                                                                         

                         By Table

(i) y =x²

(A) x  0

X01234
y014916

 x➡️   and   y➡️     Increasing



(B) x    0

x0-4-3-2-1
y016941

x➡️   and   y⬅️    decreasing 

-------------------------------------------------------------

(ii) y = 7

Neither Increasing nor Decreasing 
-------------------------------------------------------------

(iii) y = 2x + 1.           Increasing


-------------------------------------------------------------


(iv) y = -3x + 2.          decreasin

----------------------------------------------------------- 2.  By f'(x)-------

               CONCEPT                                                                                                                              

(A). f is Increasing in [a b] if f'(x) ≥ 0 for each X ∈ [a b ]


(B). f is Decreasing in [a b] if  f'(x)  0 for each X ∈ [a  b ]


(C). f is contant  [a b ] if  f'(x) = 0 for  X ∈ [a b ]

-------------------------------------------------------------



WORKING RULE FOR INCREASING AND DECREASING 


(i) Function 

(ii) Differentiation 

(iii) Linear Factor 

(iv) f'(x) = 0

(v)  Find the values of x (turning point/Extreme point)

(vi)  Show the value of x on number line

(vii) Write Intervals 

(viii) Find f'(x) at any simple x in Interval


f'(x)  ≥ 0 , Increasing

f'(x)  > 0, Strictly Increasing 

f'(x)   0, Decreasing 

f'(x)  < 0, Strictly Decreasing 


Example  f(x) = x² - x - 6

                  f'(x) = 2x -1

                  f'(x) = 0

                 2x -1 = 0

                  x = 1/2


      - ∞ -------------------- 1/2 -------------  .

Intervals 

Sign of f’(x)

Nature 

(  -∞ 1/2 )- ( negative)Strictly Decreasing 
1/2  )+ ( Positive)Strictly Increasing 


-------------------------------------------------------------



----------------------------------------------------           

   (Out of syllabus)

3. Tangent and Normal.   

Equation of tangent. y-y1 = dy/dx( x-x1)

Equation of Normal.  y-y1 =  - dx/dy( x-x1)

When tangent is parallel to x-axis then: 
dy/dx =0

When tangent is perpendicular to x-axis then:
dx/dy = 0

-------------------------------------------------------------





----------------------------------------------------------  
  (Out of syllabu
4.Approximations



f (x+∆x ) = f(x) + ∆x.f'(x)


Ex: √(25.1) = √ (25+ 0.1)
                         ↙️         ↘️
                          x         ∆x

f(x) = √x       f'(x) = 1/2√x


              =     f(x) + ∆x. f'(x) 
              
              =    √x    +   ∆x• 1/2√x
            
              = √25     +   0.1 × 1/2√25
              
                =  5.    +0.1/10
        
                =.   5 + 0.01
               
               =.    5.01.    Ans
-------------------------------------------------------------

-------------------------------------------------------------
5.  Maxima and Minima.

Application of derivatives (A.O.D) का सबसे Important topics है ,नाम से ही पता लग रहा है कि किसके विषय में बात होने वाली है l
             अधिकतम और न्यूनतम


Maxima and Minima का पता हम निम्नलिखित तीन तरीकों से लगा सकते हैंl


1.  Graph देख कर ,
2. By First derivatives test. 
3. By Second derivatives test








1.  Graph देख कर ,:.                                         ........ 
जिस domain पर function defined है उसके अंदर सबसे छोटी value को function की minimum तथा सबसे बड़ी value को function की maximum value कहते हैं l


(A)                                                                   


(B)                                                                   

(C)                                                                 

(D)                                                                   



(E)                                                                   
 


(F)                                                                    
(G)                                                                   

  (H)                                                                 

(I)                                                                    



(J)                                                                   

(K)                                                                   

(L)                                                                   





एक function बहुत सारी maxima या minima values सकती हैं l इन सभी को Local Maxima या Local minima जाता है इन सभी में जो सबसे बड़ा होगा उसे Absolute Maxima तथा जो सबसे छोटा होगा उसे Absolute Minima जाता है l



Absolute Maxima  Local Maxima

Absolute Minima  Local Minima


(M)                                                                  



()                                                                  







2.              By First derivatives test.                   



(i) Function 

(ii) Differentiation 

(iii) Linear Factor 

(iv) f'(x) = 0

(v)  Find the values of x (turning point/Extreme point/ critical point)


f'(x) का sign:     + ➡️ -  ( maximum)

                             - ➡️+ ( Minimum)

 Graph(D)




Example : f(x) = x² - x - 6

                  f'(x) = 2x -1

               at   f'(x) = 0

                 2x -1 = 0

                  x = 1/2


      -. -------------------- 1/2 -------------  .


At value

Sign of f’(x)


( 1/2- h) - ( negative)(- to +) MINIMUM 
1/2+h)+ ( Positive)


Example: f(x) = x³ - 6x² + 9x + 15

                   f'(x)= 3x² - 12x + 9

                           = 3(x-1) (x-3)

         at f'(x) =0 ,       x = 1 ,3

-------------------⬇️--------------------------⬇️-------------- f'(x)=.      

 (+) ⬇️.(-)                    (-)  ⬇️(+)

        (1-h)----•1•---(1+h)-----(3-h)----•3•------(3+h)

at x=1,f(x) will be maximum.    
    Maximum vale= f(1)=19

at x=3, f(x) will be minimum 
Minimum value=f((3)= 15


Note: When the sign of f'(x) doesn't change then it's called point of inflation 

Ex: f(x)= x³
       f'(x)= 3x²
     at f'(x) =0.           x=0

---------------     ⬇️--------------------------------------- 

f'(x)=.       (+) ⬇️.(+)                    (No change)

        (0-h)----•0---(0+h)----



f'(0-h)= (+)
f'(0+h)= (+)         so x=0 is point of inflation



3.              By Second derivatives test.             


i) Function 

(ii) Differentiation 

(iii) Linear Factor 

(iv) f'(x) = 0

(v)  Find the values of x =a,b,c..

(turning point/Extreme point/ critical point)

(vi) f''(x) at a,b,c ..

(vii) If f''(x) = (+)  then f(x) is Minimum 

         If f''(x) = (-)  then f(x) is Maximum 


f''(x)= 0 ( go to first derivatives test)

 
EXAMPLE:  f(x)  = 3x⁴ + 4x³- 12x² + 12
                     f'(x) = 12x³ + 12x² - 24x
                              = 12x( x+2) (x -1)

at f'(x) = 0 ,    x = 0 ,1 , -2

                      f''(x) = 36x² + 24x - 24

at x=0, f"(x)= -24(Neg) [ MAXIMUM]
     ⬇️
Point of Maxima 


at x=1, f"(x)= 36 (Positive) [ MINIMUM]
     ⬇️
Point of Minima



 at x= -2, f"(x)= 72 (Positive) [MINIMUM]
     ⬇️
Point of Minima 



f(0) =12
f(1)= 7
f(-2)= -20



            . MODULUS FUNCTION AND TRIGONOMETRY FUNCTION          .         


(i).  

f(x)= |x+2| -1↗️ ((x+2)-1
                         ↘️-(x+2)-1
             
              f'(x)= ↗️ 1
                         ↘️-1.
           (Critical point not possible )
                           
                            Then


|x+2| ≥ 0

|x+2| -1 ≥ -1
   
f(x) ≥ -1

So -1 is minimum value . 

for point |x+2| -1  = 0
                    x - 2 = 0
                     x= -2 (point of Minima)


(ii). 

g(x) = - |x+1| + 3

we know that. :|x+1| ≥ 0
                           - |x+1|≤ 0 ,
( Mode or Neg mei sign change krte hai)

                           - |x+1| + 3 ≤ 0 + 3
                                         g(x) ≤ 3 (Maximum)

for point |x+1|  = 0
                    x +1 = 0
                     x= -1 (point of Maxima)



(iii) 

h(x) = sin2x + 5
       
  -1 ≤ sin2x ≤  1
        
 -1 +5 ≤ sin2x ≤  1+5
         
   4 ≤   h(x).  ≤ 6
   Mini.   Maxi

Point sin2x = 0.         x ,=nπ +(-1)ñalpha


                          ®️®️®️®️®️®️®️®️®️ ®️®️                         

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