Zde dokážeme, že pro každé x je součet
|sin(x)| a |sin(x + 1)|
roven vždy alespoň sin(1). Za tím účelem budeme uvažovat funkci
f (x) = |sin(x)| + |sin(x + 1)|.
Jaké jsou její extrémní hodnoty? Protože je tato funkce
π-periodická, stačí
najít její globální extrémy na
〈0,π〉. Použijeme
standardní postup přes derivace, viz
Globální extrémy v
části Derivace - Přehled metod - Aplikace. Abychom ale mohli derivovat,
musíme se nejprve zbavit absolutní hodnoty. Protože zde bereme x mezi
0 a π, můžeme tu první absolutní hodnotu prostě ignorovat. Druhý člen už
ovšem může být jak kladný, tak záporný, kritickou hodnotou je zde
π − 1. Máme tedy dva případy.
Případ 1: x je mezi 0 a
π − 1. Pak
f (x) = sin(x) + sin(x + 1).
f ′(x) = cos(x) + cos(x + 1).
Kdy je tato derivace rovna nule? Tuto rovnici neumíme řešit analyticky, ale
jde to graficky. Podíváme se na první vlnu kosinu a začneme podél ní
posouvat úsečku o délce 1, čekáme přitom na chvíli, kdy budou hodnoty na
jejích koncích přesně opačné.

To se stane, když je úsečka symetricky okolo bodu π/2, takže
x = π/2 − 1/2. (Druhá taková pozice je okolo bodu
3π/2,
ale pak by x bylo mimo naši oblast, tj. větší než
π − 1.)
Abychom našli globální extrémy na intervalu
〈0,π − 1〉, podíváme se na
koncové body a kritické body:
• f (0) = sin(1);
• f (π/2 − 1/2) = sin(π/2 − 1/2) + sin(π/2 + 1/2) = 2sin(π/2 − 1/2);
• f (π − 1) = sin(π − 1) = sin(1).
Všimněte si, že π/2 − 1/2 > 1
a π/2 − 1/2 < π/2,
proto je jeho sinus
větší než sin(1). Prostřední hodnota je tedy maximum a minimum
je sin(1), přesně jak jsme tvrdili. Na prvním intervalu to
funguje.
Případ 2: x je mezi
π − 1
a π. Pak
f (x) = sin(x) − sin(x + 1).
f ′(x) = cos(x) − cos(x + 1).
Kdy je derivace rovna nule? Teď čekáme na chvíli, kdy jsou hodnoty na
koncích úsečky klouzající podél kosinu stejné. Jsou dvě takové pozice, když
je úsečka nad počátkem a když je symetricky kolem bodu π. První možnost dává
x = −1/2, což je mimo naši oblast, ale ta
druhá dává relevantní hodnotu
x = π − 1/2. Abychom našli globální extrémy na intervalu
〈π − 1,π〉, podíváme se na
koncové body a kritické body:
• f (π − 1) = sin(π − 1) = sin(1);
• f (π − 1/2) = sin(π − 1/2) − sin(π + 1/2) = 2sin(1/2);
• f (π) = −sin(π + 1) = sin(1);
Zase je maximální ta prostřední hondota, což se nahlédne například takto:
2sin(1/2) > 2sin(1/2)cos(1/2) = sin(2⋅1/2) = sin(1).
Zase máme minimum sin(1), přesně jak jsme tvrdili. Když dáme
oba případy dohromady, dokázali jsme naše tvrzení.