Definición de extremo relativo
- $f$ tiene un máximo relativo en $x = c$ si existe un entorno de $c$ donde $f(x) \leq f(c)$ para todo $x$.
- $f$ tiene un mínimo relativo en $x = c$ si existe un entorno de $c$ donde $f(x) \geq f(c)$ para todo $x$.
Teorema de Fermat (condición necesaria)
Si $f$ alcanza un extremo relativo en $x = c$ y $f$ es derivable en $c$, entonces
Candidatos a extremo: los puntos donde $f'(x) = 0$ (puntos críticos o estacionarios) y los puntos donde $f$ no es derivable.
Importante: la condición es necesaria pero no suficiente: si $f'(c) = 0$ no tiene por qué haber extremo (por ejemplo, en $f(x) = x^3$ se tiene $f'(0) = 0$ y no hay extremo en $x = 0$).
Criterio de la primera derivada
Se estudia el signo de $f'$ alrededor del punto crítico $c$:
- Si $f'$ pasa de positiva a negativa en $c$: máximo relativo.
- Si $f'$ pasa de negativa a positiva en $c$: mínimo relativo.
- Si $f'$ no cambia de signo: no hay extremo (punto de inflexión con tangente horizontal).
Criterio de la segunda derivada
Si $f'(c) = 0$ y $f''$ existe y es continua cerca de $c$:
- Si $f''(c) < 0$: máximo relativo.
- Si $f''(c) > 0$: mínimo relativo.
- Si $f''(c) = 0$: el criterio no decide (hay que usar el de la primera derivada).
Ejemplo resuelto
Extremos de $f(x) = x^3 - 3x^2 + 2$
Paso 1. $f'(x) = 3x^2 - 6x = 3x(x-2)$: puntos críticos $x = 0$ y $x = 2$.
Paso 2 (criterio de $f''$). $f''(x) = 6x - 6$.
- $f''(0) = -6 < 0$: máximo relativo en $x = 0$, con $f(0) = 2$.
- $f''(2) = 6 > 0$: mínimo relativo en $x = 2$, con $f(2) = 8 - 12 + 2 = -2$.
Comprobación con $f'$: $f'$ pasa de $+$ a $-$ en $x=0$ y de $-$ a $+$ en $x=2$. Coincide.
Errores comunes
- Confundir extremos relativos con valores absolutos (globales): un extremo relativo solo exige comparar con puntos cercanos.
- Olvidar que $f'(c) = 0$ no garantiza extremo.
- No comprobar que el punto crítico pertenezca al dominio de la función.