Оценка неравенством в задаче на оптимум
Оптимум можно найти без производной: доказать неравенство (или ) для всех области и показать точку, где оно обращается в равенство. Главные оценки — неравенство о среднем , полный квадрат и ограниченность синуса и косинуса. Если точка равенства не лежит в области, оценка ответа не даёт.
Оценка и точка равенства
Число — наименьшее значение функции на области, если для каждого области и хотя бы для одного области. Для наибольшего значения — так же, с .
- Запишите целевую функцию и область (целевая функция).
- Оцените функцию: неравенство о среднем, полный квадрат или .
- Найдите, когда неравенство обращается в равенство.
- Проверьте, что эта точка лежит в области. Только тогда граница оценки — ответ.
Неравенство о среднем
Для и верно , и равенство — только при . Отсюда при и : , равенство при . Оценка работает, когда произведение двух положительных слагаемых не зависит от переменной.
Точка равенства должна лежать в области. При неравенство верно, но значения 6 нет: равенство требует . Так же оценкой решают задачу из демоверсии: при верно , и равенство — при .
Пример
Лампочку и экран располагают по разные стороны от собирающей линзы с фокусным расстоянием см. Изображение лампочки на экране чёткое, если расстояние от лампочки до линзы и расстояние от линзы до экрана связаны формулой . Найдите наименьшее возможное расстояние между лампочкой и экраном, при котором изображение на экране может быть чётким. Ответ обоснуйте.
- 1., . Так как , то .
- 2.Пусть , . Тогда , , и .
- 3.По неравенству о среднем , поэтому .
- 4.Равенство при , то есть : . Проверка: . Значение 36 достигается, значит, оно наименьшее.
Ответ: 36 см
Смысл оценки: квадрат
У прямоугольника со сторонами и площадь равна при любом , а полупериметр равен . Неравенство о среднем говорит: из всех прямоугольников площади наименьший периметр у квадрата со стороной .
Прямоугольник постоянной площади
Полный квадрат
Квадрат неотрицателен, поэтому и , а равенство — только при . Квадратичное выражение приводят к такому виду выделением полного квадрата: . Этим же доказывают неравенство о среднем: .
Пример
В биореакторе численность культуры бактерий через часов после начала опыта равна млн клеток. Пока численность не превышает 64 млн клеток, скорость образования фермента (в условных единицах в час) описывается формулой . Найдите наибольшую скорость образования фермента и момент времени, в который она достигается. Ответ обоснуйте.
- 1.При численность растёт от , а формула верна, пока . Значит, .
- 2., и равенство — только при . лежит на .
- 3., , .
Ответ: 1024 условные единицы в час через 9 ч
Синус не больше единицы
и при любом . Если целевая функция равна при , то она не больше , а равна при . Проверьте, что угол с синусом 1 даёт из области: при угол лежит в , и только при (табличные значения).
Пример
Спортсмен бросает мяч с поверхности земли со скоростью м/с под углом к горизонту, где . Дальность полёта мяча (в метрах) вычисляется по формуле , где м/с². При каком угле броска дальность полёта наибольшая? Найдите эту наибольшую дальность. Ответ обоснуйте.
- 1., .
- 2., поэтому .
- 3.Равенство при . Так как , это , — угол из области.
Ответ: при ; 40 м
Сумма синуса и косинуса
Для , верно . Доказательство — тождество : раскройте скобки и примените (основное тождество). Второй квадрат неотрицателен, поэтому первый не больше .
Равенство — когда второй квадрат равен нулю: , то есть . При остром сумма положительна, и оценка достигается.
Пример
Ящик весом Н равномерно тянут по горизонтальному полу, прикладывая силу под углом к горизонту, где . Коэффициент трения равен . Модуль приложенной силы (в ньютонах) равен . Найдите наименьшее значение силы и тангенс угла, при котором оно достигается. Ответ обоснуйте.
- 1.. Знаменатель положителен при , поэтому наименьшая, когда знаменатель наибольший.
- 2., поэтому .
- 3.Равенство при . Такой острый угол есть, он лежит в : , , знаменатель .
Ответ: 300 Н при
Проверьте себя
00