Наибольшее и наименьшее значение функции

Постановка задачи. Найти наибольшее и наименьшее значение функции на отрезке .

План решения. Наибольшее и наименьшее значения непрерывной функции на данном отрезке достигаются в критических точках функции (точках, в которых или не существует) или на концах отрезка.

1. Ищем производную заданной функции.

2. Находим критические точки функции и выбираем из них те, которые принадлежат данному отрезку .

3. Вычисляем значения функции в критических точках внутри отрезка и значения функции на концах отрезка. Сравнивая полученные значения, находим наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке .

Замечание. В текстовых задачах часто бывает найти наименьшее или наибольшее значение некоторой величины. Для этого составляем некоторую функцию, находим ее производную и, исходя из «физического» смысла задачи, выбираем нужное значение переменной, учитывая изменения знаков производной при переходе через критическую точку.

Задача 3. Найти наибольшее и наименьшее значения функций на заданных отрезках.

.

Находим

.

при ; не существует при .

– наименьшее значение функции;

– наибольшее значение функции;

– наименьшее значение функции.

Решение многих практических задач часто сводится к нахождению наибольшего и наименьшего значений непрерывной на отрезке функции. В курсах анализа доказывается теорема Вейерштрасса, утверждающая, что непрерывная на отрезке [а; b] функция f принимает на этом отрезке наибольшее и наименьшее значения, т. е. существуют точки отрезка [а; b] в которыхf принимает наибольшее и наименьшее на [а; b] значения.

Для случая, когда функция f не только непрерывна на отрезке [а; Ь] но имеет на этом отрезке лишь конечное число критических точек, укажем правило отыскания наибольшего и наименьшего значений f.

Предположим сначала, что f не имеет на отрезке [а; b] критических точек. Тогда (Критические точки функции) она возрастает (рис. 1) или убывает (рис. 2) на этом отрезке, и, значит, наибольшее и наименьшее значения функции f на отрезке [а; b] — это значения в концах а и b.

Пусть теперь функция f имеет на отрезке [а; b] конечное число критических точек. Эти точки разбивают отрезок [а; Ь] на конечное число отрезков, внутри которых критических точек нет. Поэтому наибольшее и наименьшее значения функции f на таких отрезках принимаются в их концах, т. е. в критических точках функции или в точках а и b.

Таким образом, чтобы найти наибольшее и наименьшее значения функции, имеющей на отрезке конечное число критических точек, нужно вычислить значения функции во всех критических точках и на концах отрезка, а затем из полученных чисел выбрать наибольшее и наименьшее.

Метод поиска наибольших и наименьших значений функции применим к решению разнообразных прикладных задач. При этом действуют по следующей схеме:

1) задача «переводится» на язык функций. Для этого выбирают удобный параметр х, через который интересующую нас величину выражают как функцию f (х);
2) средствами анализа ищется наибольшее или наименьшее значение этой функции на некотором промежутке;
3) выясняется, какой практический смысл (в терминах первоначальной задачи) имеет полученный (на языке функций) результат.

Вообще решение практических задач средствами математики, как правило, содержит три основных этапа:

1) формализацию (перевод исходной задачи на язык математики);
2) решение полученной математической задачи и
3) интерпретацию найденного решения («перевод» его с языка математики в терминах первоначальной задачи).

С этим общим методом (его называют методом математического моделирования) вы уже знакомы, по описанной схеме решались текстовые задачи в курсе алгебры.