Слайд Найбільше та найменше значення функції на відрізку
Знову рада вітати вас у нашому класі. Задачі на пошук оптимального рішення займають значне місце в практичному житті людини. Наприклад, яку кількість продукції треба виготовити підприємству, щоб отримати найбільший прибуток? Як, маючи обмежені ресурси, виконати виробниче завдання у найкоротшій час? Як організувати доставку товару в торгівельні точки так, щоб витрати палива були найменшими? Частину таких задач допомагають розв’язати методи математичного аналізу. Це ті задачі, які можна звести до знаходження найбільшого та найменшого значення функції.
Сьогодні на уроці ми з’ясуємо, чи можна знайти найбільше та найменше значення функції на відрізку [а; b], однак обмежимося розглядом лише диференційованих функцій, тобто тих функцій, які мають похідну.
Слайд Скористаємося теоремою Вейєрштраса: Неперервна на відрізку [а; b] функція має на цьому відрізку найбільше та найменше значення, тобто існують точки відрізка [а; b], в яких функція набуває найбільшого та найменшого на [а; b] значення.
Слайд Розглянемо декілька випадків.
1. Неперервна на відрізку [а; b] функція не має на цьому відрізку критичних точок. Тоді на цьому відрізку похідна зберігає свій постійний знак, тобто функція або зростає, або спадає. Тому найбільше і найменше значення функції на відрізку [а; b] – це значення функції на кінцях відрізку в точках а и b
Слайд Розглянемо наведені малюнки. Якщо функція неперервна на відрізку [а; b] і має на ньому скінченну кількість критичних точок, то вона набуває найбільшого та найменшого значення на цьому відрізку або в критичних точках функції, які належать цьому відрізку, або на кінцях відрізка а і b
Хочу зауважити, що для використання цих орієнтирів необхідно переконатися, що заданий відрізок належить області визначення функції та що функція неперервна на цьому відрізку
Слайд Таким чином, щоб знайти найбільше та найменше значення функції на проміжку [а; b] , можна користуватися наступною схемою:
1. Знайти область визначення функції та переконатися, що заданий відрізок входить в область визначення даної функції
2. Знайти похідну
3. Знайти критичні точки: або не існує
4. Вибрати критичні точки, які належать заданому відрізку
5. Обчислити значення функції в критичних точках та на кінцях відрізку
6. Порівняти отримані значення та вибрати з них найбільше та найменше значення
Слайд Розглянемо приклади
Приклад 1. Знайти найбільше та найменше значення функції на відрізку
Клик Знайдемо область визначення функції та переконаємось, що заданий відрізок входить в область визначення даної функції
Клик Дана функція задана многочленом, значить вона визначена на множині всіх дійсних чисел, тобто .
Клик Відрізок входить у область визначення функції .
Клик Знайдемо похідну .
Клик Похідна існує на всій області визначення функції , отже, функція є неперервною на даному відрізку.
Слайд Знайдемо критичні точки функції:
,
Клик Обидві критичні точки належать відрізку.
Клик Знайдемо значення функції у критичних точках та на кінцях відрізку. Для цього підставимо значення - 1, 2, 0 і 1 у рівняння нашої функції. Отримаємо Клик
.
Порівняємо отримані значення та запишемо відповідь.
Як бачимо, найбільшого значення функція набуває при х = ‒1. Найменшого ‒ при х = 2. Клик Значить
Слайд Приклад 2. Знайти найбільше та найменше значення функції на відрізку
Клик Знайдемо область визначення функції та переконаємось, що заданий відрізок входить в область визначення даної функції . Дана функція задана многочленом, значить вона визначена на множині всіх дійсних чисел, тобто .
Клик Відрізок входить у область визначення функції .
Клик Знайдемо похідну .
Клик Похідна існує на всій області визначення функції , отже, функція є неперервною на даному відрізку.
Слайд Знайдемо критичні точки:
,
Клик Точка х = 3 не належить відрізку.
Клик Знайдемо значення функції в критичній точці х = 0 та на кінцях відрізку. Для цього підставимо значення ‒1, 0 і 1 у рівняння даної функції.
Клик
.
Порівняємо отримані значення та запишемо відповідь. Як бачимо, у цьому прикладі найбільшого значення функція набуває при х = ‒1. Найменшого ‒ при х = 1.
Клик Значить
Слайд Приклад 3. Знайти найбільше та найменше значення функції на відрізку
Знайдемо область визначення функції та переконаємося, що заданий відрізок входить в область визначення даної функції .
Клик Дана функція визначена на множині всіх дійсних чисел, тобто .
Клик Відрізок входить у область визначення функції .
Клик Знайдемо похідну .
Клик Похідна існує на всій області визначення функції , отже, функція є неперервною на даному відрізку.
Слайд Знайдемо критичні точки:
Клик Отримуємо
,
рівняння коренів немає, бо
Слайд
Так как рівняння має безліч коренів, знайдемо критичні точки, які належать відрізку .
Клик Для цього знайдемо значення при n = 0, 1, ‒1
n = 0
n = 1
n = ‒1
клик Як бачимо до відрізка належить тільки одна критична точка
Слайд Знайдемо значення функції в критичній точці та на кінцях відрізку
Клик
.
Порівняємо отримані значення та запишемо відповідь.
Як бачимо, найбільшого значення функція набуває при х = . Найменшого ‒ при х = . Клик Значить
Слайд Запишіть число 10 у вигляді суми двох невід’ємних доданків так, щоб сума квадратів цих чисел була найменшою
Клик Нехай одне невід’ємне число буде х, тоді друге – (10 – х).
Клик Запишемо суму квадратів цих чисел: .
Клик Розглянемо функцію на відрізку [0;10] і дослідимо її на найменше та найбільше значення на даному відрізку.
Слайд Знайдемо похідну цієї функції та критичні точки
Клик
Клик
Функція має єдину критичну точку х = 5
Клик Знайдемо значення функції в критичних точках та на кінцях відрізку, підставивши значення х = 5, 0 та 10 у рівняння функції
Клик
.
Клик .
Клик Значить перший доданок дорівнює 5, другий 10 – 5 = 5.
Клик Відповідь: 10 = 5 + 5
Слайд Приклад 5. Для виготовлення акваріуму Петрик взяв прямокутний шматок скла завдовжки 50 см і завширшки 80 см і розрізав його так, як зображено на малюнку. Після вилучення чотирьох однакових кутових квадратів акваріум біло склеєно. Який найбільший об’єм ( літрах) може мати акваріум Петрика?
Хочу зауважити, що подібні задачі зустрічаються у завданнях зовнішнього незалежного тестування минулих років.
Клик Нехай від кожної сторони відрізали квадрат зі стороною х см, х > 0. Тоді сторони акваріуму будуть дорівнювати () см та () см.
Об’єм акваріуму
.
Слайд Розглянемо отриману функцію
на відрізку [0; 25] і дослідимо її на найменше та найбільше значення на даному відрізку.
Клик Знайдемо похідну та критичні точки отриманої функції
Ділимо обидві частини рівняння на 4.
Отримаємо
Розв’яжемо отримане квадратне рівняння, використовуючи формулу дискримінанта та коренів квадратного рівняння, якщо коефіцієнт b - парний
не входить до заданого відрізку [0; 25]
Клик Знайдемо значення функції у точці х = 10 на кінцях відрізку підставивши значення х = 25, 0 та 10 у рівняння функції
Клик Тоді ,
Клик тобто найбільший об’єм акваріуму Петрика може дорівнювати 1800 м3 = 18 літрам
Слайд Приклад 6 На сторінці текст займає площу 384 см2. Верхнє та нижнє поля повинні бути по 2 см, а праве та ліве – по 3 см. Які розміри повинна мати сторінка з точки зору економії паперу?
Клик Нехай ширина тексту х см, тоді його довжина - см.
Клик Довжина сторінки, враховуючи верхнє та нижнє поле по 2 см, дорівнює ( см, аналогічно ширина ( см, де
Клик Тоді площа сторінки см2.
Слайд
Клик Знайдемо похідну та критичні точки
Клик
,
, та – не входить до заданого відрізка
З’ясуємо, якого знаку набуває похідна на заданому відрізку. Для цього розв’яжемо нерівності та методом інтервалів. Розставимо знаки похідної, враховуючи властивості квадратичної функції та значення коефіцієнта а, з’ясуємо проміжки монотонності функції та знайдемо точки екстремуму функції.
Клик Отримаємо
Тобто – точка максимуму.
Клик Знайдемо значення функції в точці.
Клик Тобто з точки зору економії паперу розмір аркуша повинен бути 30 ×20 см.
Шановні десятикласники та десятикласниці! Алгебра і початки аналізу – корисний і дуже цікавий навчальний предмет. Він розвиває аналітичне й логічне мислення, дослідницькі навички, математичну культуру, кмітливість.
У нас час немає такої галузі науки, де не застосовують досягнень математики. У фізиці та хімії, біології та астрономії, у географії та економіці і навіть у лігвістиці використовують так званий «математичний інструмент». Дуже сподіваюся, що мої уроки допоможуть вам отримати ґрунтовні математичні знання з теми «Дослідження функцій».
А на сьогодні наш з вами урок закінчено. Я не прощаюся з вами, а тільки кажу вам «до побачення». До нових зустрічей