Применение производной к решению задач на наибольшие и наименьшие значения — Часть 4

Заметим, что многие практические задачи приводят к необходи­мости отыскания наибольшего или наименьшего значения функции не на отрезке, а на интервале или полуинтервале. Фактически к отысканию наибольшего или наименьшего значения функции на отрезке могут привести лишь те задачи, в условии которых содержатся дополнительные ограничения.

Поясним сказанное примером.

Задача 1. Из квадратного листа жести со стороной 6 дм тре­буется изготовить открытый сверху резервуар для хранения жид­кости, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда. Для этого вырезают по углам листа равные квадраты и загибают образо­вавшиеся края. Какой наибольшей вместимости можно изготовить резервуар?

Если обозначить через Х Высоту резервуара, выраженную в дециметрах, то решение задачи можно свести к нахождению наибольшего значения функции V (Х) = 4Х(3 — Х)2 на интервале (0; 3).

Включение дополнительных ограничений в условие задачи, на­пример требования, чтобы высота резервуара была не менее 5 см и не более 20 см, приводит к отысканию наибольшего значе­ния той же функции на отрезке [0,5; 2].

С такой (дополненной) задачи и следует начать рассмотрение, а затем включить в рассмотрение задачи, приводящие к нахождению наибольшего или наименьшего значения функции на интервале и полуинтервале. В ходе решения таких задач учащимся следует пояснить, что если функция непрерывна на концах соответствующе­го отрезка, то по известному правилу можно найти наибольшее и наименьшее значения функции на этом отрезке, и потом сделать вывод для решаемой задачи. Для абсолютного большинства таких задач искомое наибольшее (или наименьшее) значение достигает­ся внутри рассматриваемого отрезка, а, следовательно, и внутри соответствующего интервала или полуинтервала.

При решении текстовых задач наиболее трудным для учащихся является этап формализации, т. е. переход от содержательной задачи к математической задаче нахождения наибольшего или наи­меньшего значения функции на промежутке.

Здесь, исходя из усло­вия задачи, производится:

1) выбор аргумента, т е. выбор и фиксация одной из переменных величин как независимой перемен­ной;

2) выражение величины, о наибольшем или наименьшем значе­нии которой идет речь в задаче, как некоторой функции выбранно­го аргумента;

3) нахождение промежутка изменения аргумента.

На первых порах не следует включать в рассмотрение тексто­вые задачи, приводящие к составлению функции, содержащей пара­метры (это встречается во многих примерах, разобранных в учебни­ках [23], [24], [27]), так как могут возникнуть дополнительные трудности, ведь учащиеся ранее не сталкивались с отысканием наибольшего и наименьшего значений функций, содержащих пара­метры, на отрезке, координаты концов которого также содержат параметры.