На практике довольно часто приходится использовать производную для того, чтобы вычислить самое большое и самое маленькое значение функции. Мы выполняем это действие тогда, когда выясняем, как минимизировать издержки, увеличить прибыль, рассчитать оптимальную нагрузку на производство и др., то есть в тех случаях, когда нужно осуществить поиск и определить оптимальное значение какого-либо параметра или количество. Чтобы решить такие задачи верно, надо хорошо понимать, что такое наибольшее и наименьшее значение функции.
Обычно нами строится выражение этих значений в рамках некоторого интервала x, который может в свою очередь соответствовать всей области определения функции или ее части. Это может быть как отрезок [a; b], так и открытый интервал (a; b), (a; b], [a; b), бесконечный интервал (a; b), (a; b], [a; b) либо бесконечный промежуток -∞; a, (-∞; a], [a; +∞), (-∞; +∞).
В этом материале мы расскажем, как найти наибольшее и наименьшее значение явно заданной функции с одной переменной y=f(x)y=f(x), чтобы вам не нужно было искать это самостоятельно онлайн.
Основные определения
Начнем, как всегда, с формулировки основных определений: какое значение называют максимальным и минимальным?.
Наибольшее значение функции y=f(x) на некотором промежутке x – это значение max y=f(x0)x∈X, которое при любом значении xx∈X, x≠x0 делает справедливым неравенство f(x)≤f(x0).
Минимальное значение функции y=f(x) на некотором промежутке x– это значение minx∈Xy=f(x0), которое при любом значении x∈X, x≠x0 делает справедливым неравенство f(Xf(x)≥f(x0).
Данные определения являются достаточно очевидными. Еще проще можно сказать так: наибольшее значение функции – это ее наибольшее число, которое она может принимать на известном интервале при абсциссе x0, а наименьшее – это самое маленькое принимаемое значение на том же интервале при x0.
Стационарными точками называются такие значения аргумента функции, при которых ее производная обращается в 0.
Зачем нам нужно знать, что такое стационарные точки? Для ответа на этот вопрос надо вспомнить теорему Ферма. Из нее следует, что стационарная точка – это такая точка, в которой находится экстремум дифференцируемой функции (т.е. ее локальный минимум или максимум). Следовательно, функция будет принимать наименьшее или то, что больше всего, значение на некотором промежутке именно в одной из стационарных точек.
Еще функция может принимать наибольшее или наименьшее значение в тех точках, в которых сама функция является определенной, а ее первой производной не существует.
Первый вопрос, который возникает при изучении этой темы: во всех ли случаях мы можем определить наибольшее или найти наименьшее значение функции на заданном отрезке? Нет, мы не можем этого сделать тогда, когда границы заданного промежутка будут совпадать с границами области определения, или если мы имеем дело с интервалом, не имеющим конца. Бывает и так, что функция в заданном отрезке или на бесконечности будет принимать бесконечно малые или бесконечно большие значения (мало и много). В этих случаях определить или найти наибольшее и/или наименьшее значение не представляется возможным.
Более понятными эти моменты станут после изображения на графиках:
Наибольшее и наименьшее значение функции на отрезке
Первый рисунок показывает нам функцию, которая принимает наибольшее и наименьшее значения (max y и min y) в стационарных точках, расположенных на отрезке [-6;6].
Разберем подробно случай, указанный на втором графике. Изменим значение отрезка на [1;6] и получим, что наибольшее значение функции будет достигаться в точке с абсциссой в правой границе интервала, а наименьшее – в стационарной точке.
На третьем рисунке абсциссы точек представляют собой граничные точки отрезка [-3;2]. Они соответствуют наибольшему и наименьшему значению заданной функции.
Наибольшее и наименьшее значение функции на открытом интервале
Теперь посмотрим на четвертый рисунок. В нем функция принимает max y (наибольшее значение) и min y (наименьшее значение) в стационарных точках на открытом интервале (-6;6).
Если мы возьмем интервал [1;6), то можно сказать, что наименьшее значение функции на нем будет достигнуто в стационарной точке. Наибольшее значение нам будет неизвестно. Функция могла бы принять наибольшее значение при x, равном 6, если бы x=6 принадлежала интервалу. Именно этот случай нарисован на графике 5.
На графике 6 наименьшее значение данная функция приобретает в правой границе интервала (-3;2], а о наибольшем значении мы не можем сделать определенных выводов.
Наибольшее и наименьшее значение функции на бесконечности
На рисунке 7 мы видим, что функция будет иметь max y в стационарной точке, имеющей абсциссу, равную 1. Наименьшего значения функция достигнет на границе интервала с правой стороны. На минус бесконечности значения функции будут асимптотически приближаться к y=3.
Если мы возьмем интервал x∈2; +∞, то увидим, что заданная функция не будет принимать на нем ни наименьшего, ни наибольшего значения. Если x стремится к 2, то значения функции будут стремиться к минус бесконечности, поскольку прямая x=2 – это вертикальная асимптота. Если же абсцисса стремится к плюс бесконечности, то значения функции будут асимптотически приближаться к y=3. Именно этот случай изображен на рисунке 8.
Как найти наибольшее и наименьшее значение непрерывной функции на заданном отрезке
Как найти наибольшее и наименьшее значение функции на отрезке?
В этом пункте мы приведем последовательность действий, которую нужно выполнить, чтобы найти наибольшее значение функции на некотором отрезке или как найти наименьшее значение функции.
- Для начала найдем область определения функции. Проверим, входит ли в нее заданный в условии отрезок.
- Теперь вычислим точки, содержащиеся в данном отрезке, в которых не существует первой производной. Чаще всего их можно встретить у функций, аргумент которых записан под знаком модуля, или у степенных функций, показатель которых является дробно рациональным числом.
- Далее выясним, какие стационарные точки попадут в заданный отрезок. Для этого надо вычислить производную функции, потом приравнять ее к 0 и решить получившееся в итоге уравнение, после чего выбрать подходящие корни. Если у нас не получится ни одной стационарной точки или они не будут попадать в заданный отрезок, то мы переходим к следующему шагу.
- Определим, какие значения будет принимать функция в заданных стационарных точках (если они есть), или в тех точках, в которых не существует первой производной (если они есть), либо же вычисляем значения для x=a и x=b.
- У нас получился ряд значений функции, из которых теперь нужно выбрать самое больше и самое маленькое. Это и будут наибольшее и наименьшее значения функции, которые нам нужно найти.
Посмотрим, как правильно применить этот алгоритм при решении задач.
Условие: задана функция y=x3+4×2. Определите ее наибольшее и наименьшее значение на отрезках [1;4] и [-4;-1].
Решение:
Начнем с нахождения области определения данной функции. В этом случае ей будет множество всех действительных чисел, кроме 0. Иными словами, D(y): x∈(-∞; 0)∪0; +∞. оба отрезка, заданных в условии, будут находиться внутри области определения.
Теперь вычисляем производную функции согласно правилу дифференцирования дроби:
y’=x3+4×2’=x3+4’·x2-x3+4·x2’x4==3×2·x2-(x3-4)·2xx4=x3-8×3
Мы узнали, что производная функции будет существовать во всех точках отрезков [1;4] и [-4;-1].
Теперь нам надо определить стационарные точки функции. Сделаем это с помощью уравнения x3-8×3=0. У него есть только один действительный корень, равный 2. Он будет стационарной точкой функции и попадет в первый отрезок [1;4].
Вычислим значения функции на концах первого отрезка и в данной точке, т.е. для x=1, x=2 и x=4:
y(1)=13+412=5y(2)=23+422=3y(4)=43+442=414
Мы получили, что наибольшее значение функции max yx∈[1; 4]=y(2)=3 будет достигнуто при x=1, а наименьшее min yx∈[1; 4]=y(2)=3 – при x=2.
Второй отрезок не включает в себя ни одной стационарной точки, поэтому нам надо вычислить значения функции только на концах заданного отрезка:
y(-1)=(-1)3+4(-1)2=3
Значит, max yx∈[-4; -1]=y(-1)=3, min yx∈[-4; -1]=y(-4)=-334.
Ответ: Для отрезка [1;4] – max yx∈[1; 4]=y(2)=3, min yx∈[1; 4]=y(2)=3, для отрезка [-4;-1] – max yx∈[-4; -1]=y(-1)=3, min yx∈[-4; -1]=y(-4)=-334.
См. на рисунке:
Как найти наибольшее и наименьшее значение непрерывной функции на открытом или бесконечном интервале
Перед тем как изучить данный способ, советуем вам повторить, как правильно вычислять односторонний предел и предел на бесконечности, а также узнавать основные методы их нахождения. Чтобы найти наибольшее и/или наименьшее значение функции на открытом или бесконечном интервале, выполняем последовательно следующие действия.
- Для начала нужно проверить, будет ли заданный интервал являться подмножеством области определения данной функции.
- Определим все точки, которые содержатся в нужном интервале и в которых не существует первой производной. Обычно они бывают у функций, где аргумент заключен в знаке модуля, и у степенных функций с дробно рациональным показателем. Если же эти точки отсутствуют, то можно переходить к следующему шагу.
- Теперь определим, какие стационарные точки попадут в заданный промежуток. Сначала приравняем производную к 0, решим уравнение и подберем подходящие корни. Если у нас нет ни одной стационарной точки или они не попадают в заданный интервал, то сразу переходим к дальнейшим действиям. Их определяет вид интервала.
- Если интервал имеет вид [a;b), то нам надо вычислить значение функции в точке x=a и односторонний предел limx→b-0f(x).
- Если интервал имеет вид (a;b], то нам надо вычислить значение функции в точке x=b и односторонний предел limx→a+0f(x).
- Если интервал имеет вид (a;b), то нам надо вычислить односторонние пределы limx→b-0f(x),limx→a+0f(x).
- Если интервал имеет вид [a; +∞), то надо вычислить значение в точке x=a и предел на плюс бесконечности limx→+∞f(x).
- Если интервал выглядит как (-∞; b], вычисляем значение в точке x=b и предел на минус бесконечности limx→-∞f(x).
- Если -∞; b, то считаем односторонний предел limx→b-0f(x) и предел на минус бесконечности limx→-∞f(x)
- Если же -∞; +∞, то считаем пределы на минус и плюс бесконечности limx→+∞f(x), limx→-∞f(x).
- В конце нужно сделать вывод на основе полученных значений функции и пределов. Здесь возможно множество вариантов. Так, если односторонний предел равен минус бесконечности или плюс бесконечности, то сразу понятно, что о наименьшем и наибольшем значении функции сказать ничего нельзя. Ниже мы разберем один типичный пример. Подробные описания помогут вам понять, что к чему. При необходимости можно вернуться к рисункам 4-8 в первой части материала.
Условие: дана функция y=3e1x2+x-6-4. Вычислите ее наибольшее и наименьшее значение в интервалах -∞; -4, -∞; -3, (-3;1], (-3;2), [1;2), 2; +∞, [4; +∞).
Решение
Первым делом находим область определения функции. В знаменателе дроби стоит квадратный (квадратичный) трехчлен, который не должен обращаться в 0:
x2+x-6=0D=12-4·1·(-6)=25×1=-1-52=-3×2=-1+52=2⇒D(y): x∈(-∞; -3)∪(-3; 2)∪(2; +∞)
Мы получили область определения функции, к которой принадлежат все указанные в условии интервалы.
Теперь выполним дифференцирование функции и получим:
y’=3e1x2+x-6-4’=3·e1x2+x-6’=3·e1x2+x-6·1×2+x-6’==3·e1x2+x-6·1’·x2+x-6-1·x2+x-6′(x2+x-6)2=-3·(2x+1)·e1x2+x-6×2+x-62
Следовательно, производные функции существуют на всей области ее определения.
Перейдем к нахождению стационарных точек. Производная функции обращается в 0 при x=-12. Это стационарная точка, которая находится в интервалах (-3;1] и (-3;2).
Вычислим значение функции при x=-4 для промежутка (-∞; -4], а также предел на минус бесконечности:
y(-4)=3e1(-4)2+(-4)-6-4=3e16-4≈-0.456limx→-∞3e1x2+x-6=3e0-4=-1
Поскольку 3e16-4>-1, значит, max yx∈(-∞; -4]=y(-4)=3e16-4. Это не дает нам возможности однозначно определяться с наименьшим значением функции. Мы можем только сделать вывод, что внизу есть ограничение -1, поскольку именно к этому значению функция приближается асимптотически на минус бесконечности.
Особенностью второго интервала является то, что в нем нет ни одной стационарной точки и ни одной строгой границы. Следовательно, ни наибольшего, ни наименьшего значения функции мы вычислить не сможем. Определив предел на минус бесконечности и при стремлении аргумента к -3 с левой стороны, мы получим только интервал значений:
limx→-3-03e1x2+x-6-4=limx→-3-03e1(x+3)(x-3)-4=3e1(-3-0+3)(-3-0-2)-4==3e1(+0)-4=3e+∞-4=+∞limx→-∞3e1x2+x-6-4=3e0-4=-1
Значит, значения функции будут расположены в интервале -1; +∞
Чтобы найти наибольшее значение функции в третьем промежутке, определим ее значение в стационарной точке x=-12, если x=1. Также нам надо будет знать односторонний предел для того случая, когда аргумент стремится к -3 с правой стороны:
y-12=3e1-122+-12-6-4=3e425-4≈-1.444y(1)=3e112+1-6-4≈-1.644limx→-3+03e1x2+x-6-4=limx→-3+03e1(x+3)(x-2)-4=3e1-3+0+3(-3+0-2)-4==3e1(-0)-4=3e-∞-4=3·0-4=-4
У нас получилось, что наибольшее значение функция примет в стационарной точке max yx∈(3; 1]=y-12=3e-425-4. Что касается наименьшего значения, то его мы не можем определить. Все, что нам известно, – это наличие ограничения снизу до -4.
Для интервала (-3;2) возьмем результаты предыдущего вычисления и еще раз подсчитаем, чему равен односторонний предел при стремлении к 2 с левой стороны:
y-12=3e1-122+-12-6-4=3e-425-4≈-1.444limx→-3+03e1x2+x-6-4=-4limx→2-03e1x2+x-6-4=limx→-3+03e1(x+3)(x-2)-4=3e1(2-0+3)(2-0-2)-4==3e1-0-4=3e-∞-4=3·0-4=-4
Значит, max yx∈(-3; 2)=y-12=3e-425-4, а наименьшее значение определить невозможно, и значения функции ограничены снизу числом -4.
Исходя из того, что у нас получилось в двух предыдущих вычислениях, мы можем утверждать, что на интервале [1;2) наибольшее значение функция примет при x=1, а найти наименьшее невозможно.
На промежутке (2; +∞) функция не достигнет ни наибольшего, ни наименьшего значения, т.е. она будет принимать значения из промежутка -1; +∞.
limx→2+03e1x2+x-6-4=limx→-3+03e1(x+3)(x-2)-4=3e1(2+0+3)(2+0-2)-4==3e1(+0)-4=3e+∞-4=+∞limx→+∞3e1x2+x-6-4=3e0-4=-1
Вычислив, чему будет равно значение функции при x=4, выясним, что max yx∈[4; +∞)=y(4)=3e114-4 , и заданная функция на плюс бесконечности будет асимптотически приближаться к прямой y=-1.
Сопоставим то, что у нас получилось в каждом вычислении, с графиком заданной функции. На рисунке асимптоты показаны пунктиром.
Это все, что мы хотели рассказать о нахождении наибольшего и наименьшего значения функции. Те последовательности действий, которые мы привели, помогут сделать необходимые вычисления максимально быстро и просто. Но помните, что зачастую бывает полезно сначала выяснить, на каких промежутках функция будет убывать, а на каких возрастать, после чего можно делать дальнейшие выводы. Так можно более точно определить наибольшее и наименьшее значение функции и обосновать полученные результаты.
Сегодня на уроке мы вспомним, что называют наибольшим и наименьшим
значениями функции. Научимся находить наибольшее и наименьшее значения функции
на отрезке.
Прежде чем приступить к рассмотрению новой темы, давайте вспомним,
что, говоря о наибольшем или наименьшем значении функции, её рассматривают на
всей области определения или на числовом промежутке (отрезке, интервале и так
далее), который является подмножеством области определения.
Пусть функция определена на числовом множестве
.
Число называется наибольшим значением функции
на числовом множестве
, если существует
из
такое, что
, и для любого
из
большое выполняется неравенство
.
Например, функция . Её область определения – множество действительных чисел. Число 0
– наибольшее значение функции на всей области определения, так как и
при любом значении
из области определения функции. В этом случае можно записать:
при
.
Число маленькое называется наименьшим значением функции
на числовом множестве
, если существует
из
такое, что
, и для любого
из
выполняется неравенство
.
Например, функция . Её область определения – множество действительных чисел. Число
– наименьшее значение функции на всей области определения, так
как и
, то есть
при любом значении
из области определения функции. В этом случае можно записать:
при
.
На практике часто приходится решать задачи, в которых требуется
найти наибольшее или наименьшее значение из всех значений, которые функция
принимает на отрезке.
Посмотрите на график функции , который построен на отрезке
.
Видим, что наибольшее значение на этом отрезке, равное 0, функция
принимает в точке и в точке
. Наименьшее значение, равное
, функция принимает при
.
Точка является точкой минимума данной функции. Это означает, что есть
такая окрестность точки , например, интервал
, что в этой окрестности функция принимает своё наименьшее
значение при .
Но на отрезке функция принимает наименьшее значение не в точке минимума, а на
конце отрезка. Таким образом, для нахождения наименьшего значения функции на
отрезке нужно сравнить её значения в точках минимума и на концах отрезка.
Итак, пусть функция непрерывна на отрезке
и имеет несколько критических точек на этом отрезке. Для
нахождения наибольшего и наименьшего значений функции на отрезке нужно:
1) найти значения функции на концах отрезка, то есть числа и
;
2) найти её значения в тех критических точках, которые принадлежат
интервалу ;
3) из всех найденных значений найти наибольшее и наименьшее.
Рассмотрим пример. Функция непрерывна на отрезке
. Найдите её наибольшее и наименьшее значения.
Отметим, что наибольшее и наименьшее значения функции часто
приходится находить не на отрезке, а на интервале. Встречаются задачи, в
которых функция имеет на заданном интервале одну стационарную точку: точку
минимума или точку максимума. В этих случаях в точке максимума функция принимает наибольшее значение на данном интервале, а в точке
минимума – наименьшее значение на данном интервале.
Давайте решим задачу. Число представьте в виде суммы двух положительных слагаемых так, чтобы
сумма квадратов этих чисел была наименьшей.
А сейчас сформулируем утверждение, которое полезно использовать
при решении некоторых задач на нахождение наибольшего и наименьшего значений
функции.
Если значения функции неотрицательны на некотором промежутке, то эта функция и функция
, где
– натуральное число, принимают наибольшее (наименьшее) значение в
одной и той же точке.
А сейчас выполним задание.
Найдите наибольшее и наименьшее значения функций на заданных
отрезках:
а) ,
; б)
,
.
Решение.
Как найти наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке. Задание 12.
Как найти наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке?
Для этого мы следуем известному алгоритму:
1. Находим ОДЗ функции.
2. Находим производную функции
3. Приравниваем производную к нулю
4. Находим промежутки, на которых производная сохраняет знак, и по ним определяем промежутки возрастания и убывания функции:
Если на промежутке I производная функции 
, то функция 
возрастает на этом промежутке.
Если на промежутке I производная функции 
, то функция убывает на этом промежутке.
5. Находим точки максимума и минимума функции.
В точке максимума функции производная меняет знак с “+” на “-“.
В точке минимума функции производная меняет знак с “-” на “+”.
6. Находим значение функции в концах отрезка,
- затем сравниваем значение функции в концах отрезка и в точках максимума, и выбираем из них наибольшее, если нужно найти наибольшее значение функции
- или сравниваем значение функции в концах отрезка и в точках минимума, и выбираем из них наименьшее, если нужно найти наименьшее значение функции
Однако, в зависимости от того, как себя ведет функция на отрезке, это алгоритм можно значительно сократить.
Рассмотрим функцию 
. График этой функции выглядит так:
В зависимости от того, на каком промежутке мы будем рассматривать функцию, алгоритм нахождения наибольшего или наименьшего значения будет различным.
1. Рассмотрим функцию на отрезке ![{x}{in}delim{[}{-1;0}{]}](https://ege-ok.ru/wp-content/plugins/wpmathpub/phpmathpublisher/img/math_991.5_8d4ac2719ab1423f162f9779293da981.png "{x}{in}delim{[}{-1;0}{]}")
Функция возрастает на этом отрезке, поэтому наибольшее значение она будет принимать в правом конце отрезка: 
, а наименьшее – в левом: 
.
2. Рассмотрим функцию на отрезке ![{x}{in}delim{[}{-1;1}{]}](https://ege-ok.ru/wp-content/plugins/wpmathpub/phpmathpublisher/img/math_991.5_fbae2bb0d6eaada0859d11280c8d6a23.png "{x}{in}delim{[}{-1;1}{]}")
Очевидно, что наибольшее значение функция принимает в точке максимума , а наименьшее – в одном из концов отрезка, то есть надо найти значения и 
и выбрать из них наименьшее.
3. Если мы рассмотрим функцию на отрезке ![{x}{in}delim{[}{-1;2}{]}](https://ege-ok.ru/wp-content/plugins/wpmathpub/phpmathpublisher/img/math_991.5_3bae536560f42bd0f0875793dd5a92e2.png "{x}{in}delim{[}{-1;2}{]}")
, то чтобы найти наибольшее значение, нам нужно будет сравнить значения функции в точке максимума и в правом конце отрезка, то есть и 
.
Чтобы найти наименьшее значение функции, нам нужно будет сравнить значения функции в точке минимума и в левом конце отрезка, то есть 
и .
Эти рассуждения очевидны, если перед глазами есть график функции. Но эскиз графика легко нарисовать, проведя исследование функции с помощью производной:
1. ОДЗ функции – множество действительных чисел.
2. 
3. 
, если 
или 
Нанесем корни производной на числовую ось и расставим знаки. Теперь поведение функции легко определить, и, следуя за стрелками, символизирующими возрастание – убывание, можно схематично изобразить ее график:
Рассмотрим несколько примеров решения задач из Открытого банка заданий для подготовки к ЕГЭ по математике
1. Задание B15 (№ 26695)
Найдите наибольшее значение функции 
на отрезке ![[-{pi}/2;0]](https://ege-ok.ru/wp-content/plugins/wpmathpub/phpmathpublisher/img/math_980.5_9a7375f1961203c68e53ad122ab84a77.png "[-{pi}/2;0]")
.
1. Функция определена при всех действительных значениях х
2. 
3. 
Очевидно, что это уравнений не имеет решений, и производная при всех значениях х положительна. Следовательно, функция возрастает и принимает наибольшее значение в правом конце промежутка, то есть при х=0.
y(0)=5
Ответ: 5.
2. Задание B15 (№ 26702)
Найдите наибольшее значение функции 
на отрезке [
].
1. ОДЗ функции 
2. 
Производная равна нулю при 
, однако, в этих точках она не меняет знак:
, следовательно, 
, значит, 
, то есть производная при всех допустимых значених х неотрицательна, следовательно, функция возрастает и принимает наибольшее значение в правом конце промежутка, при 
.
Чтобы стало очевидно, почему производная не меняет знак, преобразуем выражение для производной следующим образом:
у(0)=5
Ответ: 5.
3. Задание B15 (№ 26708)
Найдите наименьшее значение функции 
на отрезке [
].
1. ОДЗ функции :
2. 
3. 
, 
Расположим корни этого уравнения на тригонометрической окружности.
Промежутку ![delim{[}{-{pi}/3;{pi}/3}{]}](https://ege-ok.ru/wp-content/plugins/wpmathpub/phpmathpublisher/img/math_982_e5f186d35c95dd888150972e98bd371a.png "delim{[}{-{pi}/3;{pi}/3}{]}")
принадлежат два числа: 
и 
Расставим знаки. Для этого определим знак производной в точке х=0: 
. При переходе через точки и производная меняет знак.
Изобразим смену знаков производной функции на координатной прямой:
Очевидно, что точка 
является точкой минимума ( в ней производная меняет знак с “-” на “+”), и чтобы найти наименьшее значение функции на отрезке , нужно сравнить значения функции в точке минимума и в левом конце отрезка, 
.
Схитрим: так как результат должен быть целым числом, или конечной десятичной дробью, а 
таковым на является, следовательно подставим в уравнение функции
Ответ: -1
Вероятно, Ваш браузер не поддерживается. Попробуйте скачать
Firefox
И.В. Фельдман, репетитор по математике.
Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.
Наибольшее и наименьшее значения функции с примерами решения
От максимумов и минимумов функции следует отличать её наибольшее и наименьшее значения на промежутке. Функция может иметь несколько максимумов (минимумов) на некотором промежутке (рис. 91), но не более одного наибольшего (наименьшего) значения. Функция может не иметь максимума (минимума) на промежутке, но иметь наибольшее (наименьшее) значение.
Например функция, график которой изображён на рисунке 91, наибольшее значение имеет в точке 
Наибольшее и наименьшее значения функции тесно связаны с её областью значений. Если область значений непрерывной функции — промежуток 
наименьшее значение данной функции, 
— наибольшее её значение.
Поскольку непрерывная функция наибольшее и наименьшее значения может иметь только в точках экстремума или на концах отрезка, то для нахождения этих значений пользуются таким правилом.
Чтобы найти наибольшее и наименьшее значения непрерывной функции 
на промежутке 
нужно вычислить её значения 
на концах данного промежутка и в критических точках, принадлежащих этому промежутку, а потом выбрать из них наибольшее и наименьшее.
Записывают так: 
Пример №1
Найдите наибольшее и наименьшее значения функции 
на промежутке 
Решение:
Критические точки: 
Из этих четырёх значений функции наименьшим является -15, а наибольшим — 66.
Ответ, 
Пример №2
Найдите наибольшее и наименьшее значения функции 
Решение:
Областью определения функции является промежуток 
Если 
отсюда 
Если 
а если 
Следовательно, 
— точка максимума.
Поскольку на промежутке 
функция имеет только одну критическую точку 
и эта точка является точкой максимума, то наибольшее значение функция принимает именно в этой точке и оно равно 
Наименьшего значения функция не имеет.
Ответ, 
Наименьшего значения функция не имеет.
К нахождению наибольшего или наименьшего значений функции сводится решение многих прикладных задач.
Пример №3
Есть квадратный лист жести со стороной 60 см. Найдите размеры квадратов, которые надо вырезать в углах данного листа, чтобы из полученной заготовки сделать коробку наибольшего объёма {рис. 93).
Решение:
Чтобы получить коробку (в форме прямоугольного параллелепипеда), надо вырезать равные квадраты в углах листа. Пусть 
— длина стороны такого квадрата. Тогда высота коробки равна 
а сторона основания 
Объём коробки 
— функция от 
Надо исследовать математическую модель задачи: при каком значении 
: функция 
на промежутке 
принимает наибольшее значение.
Значение 
не принадлежит промежутку 
Поэтому 
Поскольку при 
а при 
— точка максимума. Итак, в этой точке функция 
принимает наибольшее значение.
Ответ. Надо вырезать квадраты, стороны которых равны 10 см.
- Заказать решение задач по высшей математике
Пример №4
Найдите область значений функции 
если 
Решение:
Найдём критические точки: 
отсюда 
Найдём значение функции на концах промежутка 
и в критических точках: 
Заданная функция непрерывна, её наибольшее значение 93, а наименьшее -115, значит, область её значений — отрезок 
Ответ. 
Пример №5
Найдите кратчайшее расстояние от точки 
до графика функции 
Решение:
Пусть ближайшая к 
точка 
графика функции имеет абсциссу 
её ордината равна 
(рис. 94). Найдём квадрат расстояния между точками 
Длина расстояния 
наименьшая, когда её квадрат наименьший. Итак, найдём наименьшее значение функции 
Уравнение 
действительных корней не имеет, поэтому функция 
имеет одну критическую точку 
Если 
Следовательно, 
— точка минимума. В этой точке функция 
принимает наименьшее значение.
Наименьшее значение квадрата расстояния
Ответ. 
- Раскрытие неопределенностей
- Дробно-рациональные уравнения
- Дробно-рациональные неравенства
- Прогрессии в математике – арифметическая, геометрическая
- Рациональная дробь
- Функция в математике
- Правило Лопиталя
- Вычисления в Mathematica с примерами
Нередко приходится решать задачи, в которых необходимо найти наибольшее или наименьшее значения из совокупности тех значений, которые на отрезке принимает функция.
Обратимся, например, к графику функции f(х) = 1 + 2х2 – х4 на отрезке [-1; 2]. Для работы с функцией нам необходимо построить ее график.
Из построенного графика видно, что наибольшее значение на этом отрезке, равное 2, функция принимает в точках: х = -1 и х = 1; наименьшее значение, равное -7, функция принимает при х = 2.
Точка х = 0 является точкой минимума функции f(х) = 1 + 2х2 – х4. Это значит, что существует окрестность точки х = 0, например, интервал (-1/2; 1/2) – такая, что в этой окрестности наименьшее значение функция принимает при х = 0. Однако на большем промежутке, например, на отрезке [-1; 2], наименьшее значение функция принимает на конце отрезка, а не в точке минимума.
Таким образом, чтобы найти наименьшее значения функции на определенном отрезке, необходимо сравнить ее значения на концах отрезка и в точках минимума.
В целом предположим, что функция f(х) непрерывная на отрезке [a; b] и что функция имеет производную в каждой внутренней точке этого отрезка.
Чтобы на отрезке [a; b] найти наибольшее и наименьшее значения функции, необходимо:
1) найти значения функции в концах отрезка, т.е. числа f(а) и f(b);
2) найти значения функции в стационарных точках, которые принадлежат интервалу (a; b);
3) выбрать из найденных значений наибольшее и наименьшее.
Применим полученные знания на практике и рассмотрим задачу.
Задача.
Найти наибольшее и наименьшее значения функции f(х) = х3 + х/3 на отрезке [1/2; 2].
Решение.
1) f(1/2) = 6 1/8, f(2) = 9 ½.
2) f´(х) = 3х2 – 3/х2 = (3х4 – 3)/х2, 3х4 – 3 = 0; х1 = 1, х2 = -1.
Интервалу (1/2; 2) принадлежит одна стационарная точка х1 = 1, f(1) = 4.
3) Из чисел 6 1/8, 9 ½ и 4 наибольшее 9 ½, наименьшее 4.
Ответ. Наибольшее значение функции равно 9 ½, наименьшее значение функции равно 4.
Часто при решении задач необходимо найти наибольшее и наименьшее значение функции не на отрезке, а на интервале.
В практических задачах обычно функция f(х) имеет на заданном интервале лишь одну стационарную точку: или точку максимума, или точку минимума. В этих случаях функция f(х) принимает наибольшее значение на данном интервале в точке максимума, а в точке минимума – наименьшее значение на данном интервале. Обратимся к задаче.
Задача.
Число 36 записать в виде произведения двух положительных чисел, сумма которых наименьшая.
Решение.
1) Пусть первый множитель равен х, тогда второй множитель равен 36/х.
2) Сумма этих чисел равна х + 36/х.
3) По условия задачи х – положительное число. Итак, задача сводится к нахождению значения х – такого, при котором функция f(х) = х + 36/х принимает наименьшее значение на интервале х > 0.
4) Найдем производную: f´(х) = 1 – 36/х2 =((х + 6)(х – 6)) / х2.
5) Стационарные точки х1 = 6, х2 = -6. На интервале х > 0 есть только одна стационарная точка х = 6. При переходе через точку х = 6 производная меняет знак «–» на знак «+», и поэтому х = 6 – точка минимума. Следовательно, наименьшее значение на интервале х > 0 функция f(х) = х + 36/х принимает в точке х = 6 (это значение f(6) = 12).
Ответ. 36 = 6 ∙ 6.
При решении некоторых задач, где необходимо найти наибольшее и наименьшее значения функции, полезно использовать следующее утверждение:
если значения функции f(х) на некотором промежутке неотрицательны, то эта функция и функция (f(х))n, где n – натуральное число, принимают наибольшее (наименьшее) значение в одной и той же точке.
© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
