1.4 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ Το Κριτήριο της Πρώτης Παραγώγου Σε προηγούμενες τάξεις χρειάστηκε να εφαρμόσουμε τις μεθόδους της Άλγεβρας και της Γεωμετρίας για να επιλύσουμε προβλήματα στα οποία σκοπός ήταν να μεγιστοποιήσουμε ή να ελαχιστοποιήσουμε την τιμή ενός μεγέθους. Για παράδειγμα, μεταξύ όλων των ορθογωνίων με την ίδια περίμετρο βρήκαμε τις διαστάσεις εκείνου του ορθογωνίου που έχει το μέγιστο εμβαδόν και μεταξύ όλων των ορθογωνίων με το ίδιο εμβαδόν, αναζητήσαμε τις διαστάσεις εκείνου του ορθογωνίου που έχει την ελάχιστη περίμετρο. Βέβαια οι μέθοδοι που χρησιμοποιήσαμε για την επίλυση των προβλημάτων αυτών δύσκολα μπορούν να εφαρμοστούν και για την επίλυση προβλημάτων άλλης μορφής. Με τη βοήθεια όμως της παραγώγου μπορούμε να διατυπώσουμε μια γενική μέθοδο προσδιορισμού της μέγιστης ή της ελάχιστης τιμής ενός μεταβαλλόμενου μεγέθους. h(t) = 20t - 5t2 = -5t2 + 20t. (1)
Ας δούμε τώρα πώς μεταβάλλεται το πρόσημο της παραγώγου h'(t) = -10t + 20 στο διάστημα [0, 4]. Λύνοντας την ανίσωση h'(t) > 0, βρίσκουμε ότι αριστερά του 2 όπου η συνάρτηση είναι γνησίως αύξουσα, η παράγωγός της είναι θετική, ενώ δεξιά του 2 όπου η συνάρτηση είναι φθίνουσα, η παράγωγός της είναι αρνητική. |
Από τα παραπάνω φαίνεται να υπάρχει στενή σχέση ανάμεσα στη μονοτονία και στην παράγωγο μιας συνάρτησης. Αποδεικνύεται ότι:
Παρατηρούμε ακόμα ότι στο σημείο t = 2 όπου η h παρουσιάζει μέγιστο, η h' μηδενίζεται, ενώ εκατέρωθεν του t = 2 η h' αλλάζει πρόσημο. Αποδεικνύεται ότι:
|
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1. Να βρεθούν τα ακρότατα της συνάρτησης f(x) = αx2 + βx + γ, α ≠ 0. ΛΥΣΗ Έχουμε:f'(x) = (αx2 + βx + γ)' = 2αx + β. f'(x) = 0 ⇔ 2αx + β = 0 ⇔ f'(x) > 0 ⇔ 2αx + β > 0 ⇔ 2αx > -β. Επομένως, αν α > 0, τότε f'(x) > 0 για x > και f'(x) < 0 για x < . ενώ αν α < 0, τότε f'(x) > 0 για x < και f'(x) < 0 για x > . Άρα, η συνάρτηση f(x) = αx2 + βx + γ, α ≠ 0 για παρουσιάζει ελάχιστο αν α > 0 και μέγιστο αν α < 0. Η τιμή του μεγίστου ή του ελαχίστου είναι ίση με 2. Ένας πληθυσμός 1000 βακτηριδίων εισάγεται σε ένα θρεπτικό μέσον και αναπτύσσεται σύμφωνα με τη συνάρτηση όπου t ο χρόνος σε ώρες. Σε πόσο χρόνο ο πληθυσμός των βακτηριδίων θα είναι μέγιστος και ποιος θα είναι ο πληθυσμός αυτός; |
ΛΥΣΗ ΈχουμεΕπειδή ο χρόνος t είναι θετικός, η ρίζα t = -10 απορρίπτεται. Επομένως p'(t) > 0 για 0 < t < 10. Έχουμε λοιπόν p'(10) = 0, p'(t) > 0 στο (0, 10) και p'(t) < 0, στο (10, +∞). Άρα ύστερα από 10 ώρες θα παρουσιαστεί ο μέγιστος πληθυσμός βακτηριδίων που θα είναι ίσος με Το Κριτήριο της Δεύτερης Παραγώγου
Αποδεικνύεται ότι:
ΣΧΟΛΙΟ Αν για μια συνάρτηση f ισχύουν f '(x0) = 0 και f ''(x0) = 0, τότε δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί το κριτήριο της 2ης παραγώγου για τον προσδιορισμό των ακροτάτων της f. |
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1. Ένα παράθυρο έχει το διπλανό σχήμα και αποτελείται από ένα ορθογώνιο που περικλείεται στο άνω μέρος από ένα ημικύκλιο. Το παράθυρο έχει περίμετρο 30 μέτρα. Να βρείτε τις διαστάσεις που πρέπει να έχει ώστε να μπαίνει από αυτό όσο γίνεται περισσότερο φως. ΛΥΣΗ
2. Το κέρδος P σε ευρώ από την πώληση ενός αυτοκινήτου ορισμένου τύπου και ο χρόνος παραγωγής του t σε ώρες σχετίζονται με τον τύπο: Να βρεθεί το μέγιστο δυνατό κέρδος. ΛΥΣΗ Έχουμε Επομένως Θα εξετάσουμε αν η τιμή t = 5 αντιστοιχεί σε μέγιστο κέρδος με τη βοήθεια της δεύτερης παραγώγου. Έχουμε Άρα για t = 5 έχουμε το μέγιστο δυνατό κέρδος που είναι ίσο με P(5) = 20(200 - 50 - 25) = 20 · 125 = 2500 ευρώ. |
Ασκήσεις
|
|
ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
|
|
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ
|
|
|