Teorema lui Fermat: Demonstrație + 6 Aplicații BAC Rezolvate
Teorema lui Fermat e fundamentul pe care se sprijină Rolle, Lagrange și Cauchy. Enunț, demonstrație în 3 pași și 6 aplicații tip BAC rezolvate pas cu pas.
Subiectul III, problema 1, cerința (b). Ai derivata în față, , și examinatorul îți cere punctele de extrem. Scrii repede , găsești și , declari că ambele sunt puncte de extrem și pleci de la cerință cu 3 puncte din 5. Examinatorul a tăiat 2 puncte pentru pasul lipsă: nu ai aplicat teorema lui Fermat în sens corect.
Fermat spune doar o singură direcție: orice punct de extrem interior unde funcția este derivabilă anulează derivata. Reciproca este falsă, iar BAC-ul testează exact această asimetrie. Articolul ăsta îți dă enunțul exact, demonstrația în 3 pași prin limite laterale, 6 tipare BAC rezolvate complet (inclusiv inegalitatea parametrică , una dintre cele mai elegante aplicații Fermat din culegerile românești) și 4 capcane care răpesc puncte chiar și după ce înțelegi teorema.
În final, vezi de ce Fermat este blocul fundamental pe care se construiesc demonstrațiile lui Rolle, Lagrange și Cauchy. Manualele românești tratează cele patru teoreme separat, dar la examen le folosești în lanț.
Actualizat: iunie 2026, pentru BAC matematică sesiunea iunie 2026.
Pe scurt: ce spune teorema lui Fermat
Fermat leagă două noțiuni pe care le-ai studiat separat în clasa a XI-a: punctele de extrem local ale unei funcții și anularea derivatei. Teorema spune că, dacă funcția atinge o valoare maximă sau minimă într-un punct interior și este derivabilă acolo, derivata trebuie să fie zero în acel punct.
Înainte de enunțul oficial, fixează cele două definiții pe care le folosește teorema.
Definiție: punct de extrem local
- se numește punct de maxim local al lui dacă există o vecinătate a lui astfel încât pentru orice .
- se numește punct de minim local al lui dacă există o vecinătate a lui astfel încât pentru orice .
- Un punct care este fie de maxim local, fie de minim local, se numește punct de extrem local.
Distincție importantă: extremul este valoarea , iar punctul de extrem este abscisa . La barem, examinatorul așteaptă să le distingi în scris.
Definiție: punct interior
Exemplu. Pe intervalul , punctele interioare sunt cele din . Capetele și NU sunt interioare. Această distincție este crucială pentru Fermat: teorema NU se aplică la capete de interval.
Enunțul teoremei lui Fermat
1. este un punct de extrem local al lui , și
2. este derivabilă în ,
atunci .
Surse: programa M1 și M2 la capitolul Funcții derivabile, proprietățile funcțiilor derivabile; manual clasa a XI-a Editura Didactică, capitolul III.
Interpretarea geometrică. Într-un punct de extrem interior unde funcția este derivabilă, tangenta la grafic este orizontală. Vârful unei parabole, vârful unui munte sau fundul unei văi pe un grafic neted: în toate aceste puncte, panta tangentei este zero.
Observație asupra ipotezelor. Cele două ipoteze (extrem local și derivabilitate) sunt ambele indispensabile. Dacă lipsește oricare, concluzia se poate să nu mai fie nici măcar bine definită. Vezi secțiunea Capcana reciprocii mai jos pentru contraexemplele clasice.
Demonstrația folosește un instrument fundamental: limitele laterale ale raportului incrementar. Dacă este derivabilă în , atunci limitele laterale ale raportului când există și sunt egale, iar valoarea lor comună este . Strategia: arătăm că una dintre limitele laterale este , iar cealaltă este . Egalitatea forțează .
Demonstrația în 4 pași (cazul maxim local)
Fixăm cazul: este maxim local
Fiind punct de maxim local, există o vecinătate astfel încât pentru orice să avem , adică:
Această inegalitate este motorul întregii demonstrații.
Limita laterală la dreapta:
Trecem la limită și folosim derivabilitatea lui în (care garantează existența limitei laterale la dreapta):
Inegalitățile slabe se păstrează prin trecere la limită, proprietate pe care o ai în programa M1 și M2 încă din capitolul Limite de funcții.
Limita laterală la stânga:
Trecem la limită :
Avem două inegalități de semne opuse pentru cele două limite laterale.
Concluzia prin derivabilitate
Din pașii 2 și 3:
Singurul număr real care satisface simultan și este . Prin urmare:
Cazul minim local se obține prin simetrie: înlocuiește toate inegalitățile cu și demonstrația merge identic.
Context istoric
Fermat este același matematician al Marii Teoreme a lui Fermat (teoria numerelor, fără soluții întregi pentru ), demonstrată în 1994 de Andrew Wiles. Cele două teoreme nu au nimic în comun, în afară de autor. La examen vorbim doar despre teorema din analiză.
Teorema lui Fermat afirmă: extrem interior derivabil derivată zero. Săgeata merge într-o singură direcție. Reciproca este falsă, iar BAC-ul testează exact această asimetrie.
Punctele unde derivata se anulează merită un nume separat.
Definiție: punct critic (sau punct staționar)
Relația cu Fermat: orice punct de extrem interior derivabil este punct critic. Dar nu orice punct critic este punct de extrem. Decizia se ia abia după ce studiezi semnul derivatei într-o vecinătate (varianta clasă a XI-a) sau semnul derivatei a doua în acel punct (varianta clasă a XII-a, dacă programa permite).
Trei contraexemple obligatorii. Fiecare arată o situație unde una dintre componentele teoremei lipsește, iar concluzia nu mai funcționează exact așa cum te-ai aștepta.
Este punct de extrem? Nu. Studiem semnul: pentru orice , cu egalitate doar în . Derivata nu schimbă semnul în , deci funcția este strict crescătoare pe . Punctul este un punct de inflexiune cu tangentă orizontală, nu un extrem.
Morala. Implicarea Fermat este într-un singur sens: extrem interior derivabil . Reciproca extrem este falsă. La BAC, după ce găsești puncte critice, OBLIGATORIU studiezi semnul derivatei pe intervalele dintre ele.
Cum verifici dacă un punct critic este extrem
Metoda 2 (semnul derivatei a doua): dacă există și este nenulă, atunci minim local, maxim local. Dacă , testul este neconcludent, deci întoarce-te la metoda 1.
La BAC subiectul III, metoda 1 este standard, pentru că tabelul de variație al lui se construiește oricum.
Cele 6 tipare de mai jos acoperă din situațiile în care Fermat apare la BAC matematică sau în concursurile de admitere. Sunt ordonate crescător după dificultate și după rolul lui Fermat: la primele trei, Fermat este motorul direct; la următoarele trei, Fermat este folosit indirect ca condiție necesară pentru a determina un parametru.
Rezolvare. Aplicăm strategia standard în 3 pași.
Pasul 1: calculăm punctele critice. Derivata este . Rezolvăm și obținem două puncte critice: și . Fermat ne garantează că orice extrem local interior se află printre acestea două (funcția este polinomială, deci derivabilă peste tot și nu există alte candidate).
Pasul 2: studiem semnul derivatei. Coeficientul dominant al lui este pozitiv, iar rădăcinile sunt și . Semnul :
- pe : (funcție crescătoare),
- pe : (funcție descrescătoare),
- pe : (funcție crescătoare).
Pasul 3: clasificăm extremele.
- În , derivata trece de la la , deci este punct de maxim local, cu .
- În , derivata trece de la la , deci este punct de minim local, cu .
Concluzie: punctele de extrem sunt (maxim local, valoare ) și (minim local, valoare ).
De ce contează? Acesta este tiparul cel mai pur și cel mai des întâlnit. La barem se cere explicit: rezolvarea (1 punct), tabelul de semn al lui (2 puncte), clasificarea valorile (2 puncte). Fără pasul 2, nu obții decât 1 punct din 5, oricât de corecte ar fi calculele.
Manualele românești prezintă cele patru teoreme mari ale analizei (Fermat, Rolle, Lagrange, Cauchy) ca obiecte separate. La examen, fiecare apare cu propria cerință. Dar din punct de vedere logic, toate cele patru se sprijină una pe alta într-un lanț, iar Fermat este baza.
Înțelegerea lanțului te ajută la examen în două moduri: (1) îți dă încredere că teoremele "funcționează" și nu sunt postulate arbitrare, (2) îți permite să recuperezi orice teoremă din lanț dacă ai uitat enunțul exact al uneia (poți deduce Lagrange din Rolle, dar nu invers).
Lanțul demonstrațiilor
Fermat: derivata se anulează în extreme interioare
Rolle: derivata se anulează în interior dacă
Vezi demonstrația completă în articolul nostru despre teorema lui Rolle, unde pasul 4 al demonstrației este chiar invocarea lui Fermat.
Lagrange: derivata egalează panta coardei
Verificăm că , deci satisface ipotezele Rolle. Aplicăm Rolle: există cu . Calculăm:
Vezi demonstrația completă în articolul despre teorema lui Lagrange.
Cauchy: generalizarea Lagrange la două funcții
pentru funcții care satisfac ipotezele și cu . Consecința directă a lui Cauchy este regula lui l'Hôpital, pe care o folosești la calculul limitelor cu nedeterminări și .
Lanțul complet: Fermat Rolle Lagrange Cauchy l'Hôpital. Fără Fermat, nicio teoremă din lanț nu stă în picioare.
Capcanele de mai jos sunt ordonate descrescător după frecvența cu care răpesc puncte la corectare. Le-am extras din barem-urile oficiale BAC 2022 până 2025 și din observațiile profesorilor care corectează la centrul național.
Capcana 1: Concluzia inversată, NU implică extrem
Protecție: după ce găsești punctele critice, construiește mereu tabelul de semn al lui și clasifică explicit fiecare punct critic ca maxim, minim sau nici una nici alta (inflexiune cu tangentă orizontală).
Capcana 2: Uitarea verificării derivabilității
Protecție: înainte de a invoca Fermat în , scrie o propoziție explicită: " este derivabilă în (suma/produsul/raportul de funcții elementare derivabile)". Examinatorul caută această propoziție; lipsa ei costă punct la pasul de verificare a ipotezelor.
Capcana 3: Aplicarea Fermat la capete de interval
Protecție: când cauți extremele globale pe , separă explicit candidatele în două categorii: (1) puncte critice interioare unde aplici Fermat, (2) capete unde Fermat nu se aplică, dar valorile și trebuie evaluate. Compari toate valorile la final. Examinatorul taie puncte dacă uiți capetele.
Capcana 4: Confuzia Fermat din analiză cu Marea Teoremă a lui Fermat
Protecție: la BAC, teorema lui Fermat înseamnă mereu cea din analiză. Dacă vrei să fii absolut clar, poți scrie "conform teoremei lui Fermat (analiză, anularea derivatei în extreme interioare)". Examinatorul apreciază precizia.
Aplică tot ce ai învățat pe o simulare reală
Dă o simulare BAC matematică gratuit sau construiește-ți planul de pregătire personalizat cu Prognoza Ta BAC.
Fermat e doar primul pas. Restul lanțului demonstrațiilor și aplicațiile concrete la subiectul III BAC le ai în articolele de mai jos:
- •Teorema lui Rolle: demonstrație + 6 aplicații BAC rezolvate: pasul următor în lanțul Fermat Rolle Lagrange. Conține șirul lui Rolle pentru numărarea soluțiilor unei ecuații.
- •Teorema lui Lagrange: demonstrație + 5 exerciții BAC rezolvate: generalizarea lui Rolle, cu construcția funcției auxiliare.
- •Studiul monotoniei unei funcții cu derivate: algoritmul complet de tabel de variație, baza pe care decizi dacă un punct critic este extrem.
- •Studiul funcției pas cu pas: schema BAC subiectul III: cele 8 etape ale studiului funcției, unde Fermat apare la pasul 6 (extreme).
- •10 exerciții rezolvate cu derivate: practică ordonată pe dificultate, cu Fermat aplicat în 3 dintre cele 10 exerciții.
- •Subiectul III BAC matematică: 7 tipare rezolvate: întregul plan de pregătire pentru subiectul III în 13 zile.
Dacă vrei să mergi mai departe pe lanțul de teoreme de medie, lecția Teorema de medie pentru integrala definită îți arată cum aceeași logică Fermat-Rolle-Lagrange se transferă din studiul funcției la integrale, cu animație și verificare interactivă.
Dacă vrei să verifici un calcul de derivată sau un punct de extrem fără să cauți manual prin formule, încearcă tutorul AI al Algebo: răspunde în română, în secunde, cu pașii completi.
Distribuie articolul