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 + 2х 2 – х 4 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 + 2х 2 – х 4 . 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 и что функция имеет производную в каждой внутренней точке этого отрезка.
Чтобы на отрезке 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.
Найти наибольшее и наименьшее значения функции f(х) = х 3 + х/3 на отрезке .
Решение.
1) f(1/2) = 6 1/8, f(2) = 9 ½.
2) f´(х) = 3х 2 – 3/х 2 = (3х 4 – 3)/х 2 , 3х 4 – 3 = 0; х 1 = 1, х 2 = -1.
Интервалу (1/2; 2) принадлежит одна стационарная точка х 1 = 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.
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/х 2 =((х + 6)(х – 6)) / х 2 .
5) Стационарные точки х 1 = 6, х 2 = -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.
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Миниатюрная и довольно простая задача из разряда тех, которые служат спасательным кругом плавающему студенту. На природе сонное царство середины июля, поэтому самое время устроиться с ноутбуком на пляже. Ранним утром заиграл солнечный зайчик теории, чтобы в скором времени сфокусироваться на практике, которая, несмотря на заявленную лёгкость, содержит осколки стекла в песке. В этой связи рекомендую добросовестно рассмотреть немногочисленные примеры этой странички. Для решения практических заданий необходимо уметь находить производные и понимать материал статьи Интервалы монотонности и экстремумы функции .
Сначала коротко о главном. На уроке о непрерывности функции я приводил определение непрерывности в точке и непрерывности на интервале. Образцово-показательное поведение функции на отрезке формулируется похожим образом. Функция непрерывна на отрезке если:
1) она непрерывна на интервале ;
2) непрерывна в точке справа
и в точке слева
.
Во втором пункте речь зашла о так называемой односторонней непрерывности функции в точке. Существует несколько подходов к её определению, но я буду придерживаться начатой ранее линии:
Функция непрерывна в точке справа
, если она определена в данной точке и её правосторонний предел совпадает со значением функции в данной точке: 
. Она же непрерывна в точке слева
, если определена в данной точке и её левосторонний предел равен значению в этой точке: 
Представьте, что зелёные точки – это гвозди, на которых закреплена волшебная резинка:
Мысленно возьмите красную линию в руки. Очевидно, что как бы далеко мы не растягивали график вверх и вниз (вдоль оси ), функция всё равно останется ограниченной – изгородь сверху, изгородь снизу, и наше изделие пасётся в загоне. Таким образом, непрерывная на отрезке функция ограничена на нём . В курсе матанализа этот вроде бы простой факт констатируется и строго доказывается первой теоремой Вейерштрасса. …Многих раздражает, что в математике нудно обосновываются элементарные утверждения, однако в этом есть важный смысл. Предположим, некий житель махрового средневековья вытягивал график в небо за пределы видимости вот это вставляло. До изобретения телескопа ограниченность функции в космосе была вовсе не очевидна! Действительно, откуда вы знаете, что нас ждёт за горизонтом? Ведь когда-то и Земля считалась плоской, поэтому сегодня даже обыденная телепортация требует доказательства =)
Согласно второй теореме Вейерштрасса , непрерывная на отрезке функция достигает своей точной верхней грани и своей точной нижней грани .
Число также называют максимальным значением функции на отрезке и обозначают через , а число – минимальным значением функции на отрезке с пометкой .
В нашем случае: 
Примечание
: в теории распространены записи 
.
Грубо говоря, наибольшее значение находится там, где самая высокая точка графика, а наименьшее – где самая низкая точка.
Важно! Как уже заострялось внимание в статье об экстремумах функции , наибольшее значение функции и наименьшее значение функции – НЕ ТО ЖЕ САМОЕ , что максимум функции и минимум функции . Так, в рассматриваемом примере число является минимумом функции, но не минимальным значением.
Кстати, а что происходит вне отрезка ? Да хоть потоп, в контексте рассматриваемой задачи это нас совершенно не интересует. Задание предполагает лишь нахождение двух чисел 
и всё!
Более того, решение чисто аналитическое, следовательно, чертежа делать не надо !
Алгоритм лежит на поверхности и напрашивается из приведённого рисунка:
1) Находим значения функции в критических точках , которые принадлежат данному отрезку .
Ловите ещё одну плюшку: здесь отпадает необходимость проверять достаточное условие экстремума, поскольку, как только что было показано, наличие минимума или максимума ещё не гарантирует , что там минимальное или максимальное значение. Демонстрационная функция достигает максимума и волей судьбы это же число является наибольшим значением функции на отрезке . Но, понятно, такое совпадение имеет место далеко не всегда.
Итак, на первом шаге быстрее и проще вычислить значения функции в критических точках, принадлежащих отрезку, не заморачиваясь есть в них экстремумы или нет.
2) Вычисляем значения функции на концах отрезка.
3) Среди найденных в 1-м и 2-м пунктах значений функции выбираем самое маленькое и самое большое число, записываем ответ.
Садимся на берег синего моря и бьём пятками по мелководью:
Пример 1
Найти наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
Решение
:
1) Вычислим значения функции в критических точках, принадлежащих данному отрезку:
Вычислим значение функции во второй критической точке:
2) Вычислим значения функции на концах отрезка:
3) «Жирные» результаты получены с экспонентами и логарифмами, что существенно затрудняет их сравнение. По сей причине вооружимся калькулятором либо Экселем и вычислим приближённые значения, не забывая, что :
Вот теперь всё понятно.
Ответ :
Дробно-рациональный экземпляр для самостоятельного решения:
Пример 6
Найти максимальное и минимальное значения функции на отрезке
Вариант 1. у
1. График функции у= f (x ) изображен на рисунке.
Укажите наибольшее значение этой функции 1
на отрезке [ a ; b ]. а 0 1 b х
1) 2,5; 2) 3; 3) 4; 4) 2.
https://pandia.ru/text/78/524/images/image003_127.gif" width="242" height="133 src="> 1) -4; 2) -2; 3) 4; 4) 2.
4. Функции у= f (x ) задана на отрезке [ a ; b ]. у
На рисунке изображен график ее производной
у= f ´(x ). Исследуйте на экстремумы 1 b
функцию у= f (x ). В ответе укажите количество a 0 1 х
точек минимума.
1) 6; 2) 7; 3) 4;
5. Найдите наибольшее значение функции у= -2х2+8х -7.
1) -2; 2) 7; 3) 1;
6. Найдите наименьшее значение функции 
на отрезке .
1) https://pandia.ru/text/78/524/images/image005_87.gif" width="17" height="48 src=">.
7. Найдите наименьшее значение функции у= |2х+3 | - .
1) - https://pandia.ru/text/78/524/images/image006_79.gif" width="17" height="47">; 4) - .
https://pandia.ru/text/78/524/images/image009_67.gif" width="144" height="33 src="> имеет минимум в точке хо=1,5 ?
1) 5; 2) -6; 3) 4; 4) 6. у
9. Укажите наибольшее значение функции у= f (x ) ,
1 х
0 1
1) 2,5; 2) 3; 3) -3;
у= lg (100 – x 2 ).
1) 10 ; 2) 100 ; 3) 2 ; 4) 1 .
11. Найдите наименьшее значение функции у=2 sin -1.
1) -1 ; 2) -3 ; 3) -2 ; 4) - .
Тест 14. Экстремумы. Наибольшее (наименьшее) значение функции.
https://pandia.ru/text/78/524/images/image013_44.gif" width="130" height="115 src=">1. График функции у= f (x ) изображен на рисунке.
Укажите наименьшее значение этой функции 1
на отрезке [ a ; b ]. а b
0 1 x
1) 0; 2) - 4 ,5; 3) -2; 4) - 3.
 |
2. у На рисунке изображен график функции у= f (x ).
Сколько точек максимума имеет функция?
1
0 1 х 1) 5; 2) 6; 3) 4; 4) 1.
3. В какой точке функция у= 2х2+24х -25 принимает наименьшее значение?
https://pandia.ru/text/78/524/images/image018_37.gif" width="76" height="48"> на отрезке [-3;-1].
1) - https://pandia.ru/text/78/524/images/image020_37.gif" width="17" height="47 src=">; 2); 4) - 5.
https://pandia.ru/text/78/524/images/image022_35.gif" width="135" height="33 src="> имеет минимум в точке хо= -2 ?
; 2) -6;; 4) 6. у
9. Укажите наименьшее значение функции у= f (x ) ,
график которой изображен на рисунке. 1 х
0 1
1) -1,5; 2) -1; 3) -3;
10. Найдите наибольшее значение функции у= log 11 (121 – x 2 ).
1) 11;; 3) 1;
11. Найдите наибольшее значение функции у=2 cos +3.
1) 5 ; 2) 3 ; 3) 2 ; 4) .
Ответы:
Наибольшим значением функции называется самое большее, наименьшим значением – самое меньшее из всех ее значений.
Функция может иметь только одно наибольшее и только одно наименьшее значение или может не иметь их совсем. Нахождение наибольшего и наименьшего значений непрерывных функций основывается на следующих свойствах этих функций:
1) Если в некотором интервале (конечном или бесконечном) функция y=f(x) непрерывна и имеет только один экстремум и если это максимум (минимум), то он будет наибольшим (наименьшим) значением функции в этом интервале.
2) Если функция f(x) непрерывна на некотором отрезке , то она обязательно имеет на этом отрезке наибольшее и наименьшее значения. Эти значения достигаются ее или в точках экстремума, лежащих внутри отрезка, или на границах этого отрезка.
Для отыскания наибольшего и наименьшего значений на отрезке рекомендуется пользоваться следующей схемой:
1. Найти производную .
2. Найти критические точки функции, в которых =0 или не существует.
3. Найти значения функции в критических точках и на концах отрезка и выбрать из них наибольшее f наиб и наименьшее f наим.
При решении прикладных задач, в частности оптимизационных, важное значение имеют задачи на нахождение наибольшего и наименьшего значений (глобального максимума и глобального минимума) функции на промежутке Х. Для решения таких задач следует, исходя из условия, выбрать независимую переменную и выразить исследуемую величину через эту переменную. Затем найти искомое наибольшее или наименьшее значение полученной функции. При этом интервал изменения независимой переменной, который может быть конечным или бесконечным, также определяется из условия задачи.
Пример. Резервуар, имеющий форму открытого сверху прямоугольного параллелепипеда с квадратным дном, нужно вылудить внутри оловом. Каковы должны быть размеры резервуара при его емкости 108 л. воды, чтобы затраты на его лужение были наименьшими?
Решение. Затраты на покрытие резервуара оловом будут наименьшими, если при данной вместимости его поверхность будет минимальной. Обозначим через а дм – сторону основания, b дм – высоту резервуара. Тогда площадь S его поверхности равна
И 
Полученное соотношение устанавливает зависимость между площадью поверхности резервуара S (функция) и стороной основания а (аргумент). Исследуем функцию S на экстремум. Найдем первую производную , приравняем ее к нулю и решим полученное уравнение:
Отсюда а = 6. (а) > 0 при а > 6, (а) < 0 при а < 6. Следовательно, при а = 6 функция S имеет минимум. Если а = 6, то b = 3. Таким образом, затраты на лужение резервуара емкостью 108 литров будут наименьшими, если он имеет размеры 6дм х 6дм х 3дм.
Пример
. Найти наибольшее и наименьшее значения функции 
на промежутке .
Решение : Заданная функция непрерывна на всей числовой оси. Производная функции
Производная при и при . Вычислим значения функции в этих точках:
.
Значения функции на концах заданного промежутка равны . Следовательно, наибольшее значение функции равно при , наименьшее значение функции равно при .
Вопросы для самопроверки
1. Сформулируйте правило Лопиталя для раскрытия неопределенностей вида . Перечислите различные типы неопределенностей, для раскрытия которых может быть использовано правило Лопиталя.
2. Сформулируйте признаки возрастания и убывания функции.
3. Дайте определение максимума и минимума функции.
4. Сформулируйте необходимое условие существования экстремума.
5. Какие значения аргумента (какие точки) называются критическими? Как найти эти точки?
6. Каковы достаточные признаки существования экстремума функции? Изложите схему исследования функции на экстремум с помощью первой производной.
7. Изложите схему исследования функции на экстремум с помощью второй производной.
8. Дайте определение выпуклости, вогнутости кривой.
9. Что называется точкой перегиба графика функции? Укажите способ нахождения этих точек.
10. Сформулируйте необходимый и достаточный признаки выпуклости и вогнутости кривой на заданном отрезке.
11. Дайте определение асимптоты кривой. Как найти вертикальные, горизонтальные и наклонные асимптоты графика функции?
12. Изложите общую схему исследования функции и построения ее графика.
13. Сформулируйте правило нахождения наибольшего и наименьшего значений функции на заданном отрезке.
В июле 2020 года NASA запускает экспедицию на Марс. Космический аппарат доставит на Марс электронный носитель с именами всех зарегистрированных участников экспедиции.
Если этот пост решил вашу проблему или просто понравился вам, поделитесь ссылкой на него со своими друзьями в социальных сетях.
Один из этих вариантов кода нужно скопировать и вставить в код вашей веб-станицы, желательно между тегами и или же сразу после тега . По первому варианту MathJax подгружается быстрее и меньше тормозит страницу. Зато второй вариант автоматически отслеживает и подгружает свежие версии MathJax. Если вставить первый код, то его нужно будет периодически обновлять. Если вставить второй код, то страницы будут загружаться медленнее, зато вам не нужно будет постоянно следить за обновлениями MathJax.
Подключить MathJax проще всего в Blogger или WordPress: в панели управления сайтом добавьте виджет, предназначенный для вставки стороннего кода JavaScript, скопируйте в него первый или второй вариант кода загрузки, представленного выше, и разместите виджет поближе к началу шаблона (кстати, это вовсе не обязательно, поскольку скрипт MathJax загружается асинхронно). Вот и все. Теперь изучите синтаксис разметки MathML, LaTeX и ASCIIMathML, и вы готовы вставлять математические формулы на веб-страницы своего сайта.
Очередной канун Нового Года... морозная погода и снежинки на оконном стекле... Все это побудило меня вновь написать о... фракталах, и о том, что знает об этом Вольфрам Альфа. По этому поводу есть интересная статья , в которой имеются примеры двумерных фрактальных структур. Здесь же мы рассмотрим более сложные примеры трехмерных фракталов.
Фрактал можно наглядно представить (описать), как геометрическую фигуру или тело (имея ввиду, что и то и другое есть множество, в данном случае, множество точек), детали которой имеют такую же форму, как и сама исходная фигура. То есть, это самоподобная структура, рассматривая детали которой при увеличении, мы будем видеть ту же самую форму, что и без увеличения. Тогда как в случае обычной геометрической фигуры (не фрактала), при увеличении мы увидим детали, которые имеют более простую форму, чем сама исходная фигура. Например, при достаточно большом увеличении часть эллипса выглядит, как отрезок прямой. С фракталами такого не происходит: при любом их увеличении мы снова увидим ту же самую сложную форму, которая с каждым увеличением будет повторяться снова и снова.
Бенуа Мандельброт (Benoit Mandelbrot), основоположник науки о фракталах, в своей статье Фракталы и искусство во имя науки написал: "Фракталы - это геометрические формы, которые в равной степени сложны в своих деталях, как и в своей общей форме. То есть, если часть фрактала будет увеличена до размера целого, она будет выглядеть, как целое, или в точности, или, возможно, с небольшой деформацией".