Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Zadania tekstowe

Zadania optymalizacyjnePodstawa

Zadania optymalizacyjne szukają najlepszego możliwego wyniku: największego pola, najmniejszego kosztu, najkrótszej drogi albo największego zysku. Kluczem jest zapisanie jednej wielkości jako funkcji oraz sprawdzenie, dla jakiej wartości osiąga ona maksimum lub minimum.

Matematyka ·2 min czytania ·6 ćwiczeń


Zadanie optymalizacyjne polega na znalezieniu największej lub najmniejszej dopuszczalnej wartości. Potrzebujemy funkcji celu oraz dziedziny wynikającej z warunków zadania.

Pojęcia, od których zaczynamy

Funkcja celu opisuje wielkość, którą optymalizujemy, np. pole, koszt lub zysk. Zmienna jest wielkością, którą można wybierać, np. długością boku. Nie są to te same rzeczy: pytanie o bok da odpowiedź w metrach, a pytanie o maksymalne pole w metrach kwadratowych.

Najpierw wyraź wszystkie potrzebne wielkości przez jedną zmienną. Ograniczenie, takie jak stały obwód, łączy boki i pozwala usunąć drugi niezależny parametr. Dziedzina wyklucza ujemne długości, niedopuszczalne pojemności lub ułamkowe liczby obiektów. Sam poprawny rachunek poza dziedziną nie rozwiązuje zadania.

Zasada i zapis

\[f(x)=a(x-p)^2+q\]

Dla ujemnego a maksimum całej paraboli wynosi q przy x=p, a dla dodatniego a mamy minimum. W zadaniu trzeba sprawdzić, czy ten argument jest dopuszczalny.

Jak czytać rysunek?

Największe pole przy stałym obwodzieParabola pola prostokąta o obwodzie czterdzieści; maksimum sto dla boku dziesięć. Krańce zero i dwadzieścia wykluczone.Największe pole przy stałym obwodzie02040608010012005101520(10, 100)Pole w m²; x — długość boku w mP(x) = x(20 − x), 0 < x < 20

Wykres pola prostokąta o obwodzie czterdzieści metrów rośnie do boku dziesięć metrów, a potem maleje. Otwarte punkty przy zerze i dwudziestu oznaczają wykluczone zerowe długości boków. Wierzchołek odpowiada kwadratowi.

Przykład krok po kroku

Który prostokąt o obwodzie czterdzieści metrów ma największe pole?

  1. Oznacz boki przez x i y. Z obwodu wyznacz drugi bok.\(2x+2y=40,\quad y=20-x,\quad0\lt x\lt20\)
  2. Zapisz pole jako iloczyn boków i przekształć do postaci z kwadratem.\(P(x)=x(20-x)=-x^2+20x=100-(x-10)^2\)
  3. Odejmowany kwadrat jest nieujemny, więc pole nie przekracza stu. Równość jest możliwa w dziedzinie.\(x=10,\quad y=10,\quad P_{\max}=100\text{ m}^2\)

Typowy błąd

Wierzchołek zawsze jest odpowiedzią, nawet jeśli znajduje się poza dziedziną.Funkcja opisuje zadanie tylko dla dozwolonych argumentów.
Sprawdzamy dziedzinę; na przedziale domkniętym porównujemy dopuszczalny wierzchołek i końce.

Dodatkowy przykład i kontrola

Dla \(f(x)=-x^2+6x+1\) na \([0,2]\) wierzchołek jest przy trójce, poza dziedziną. Na tym przedziale funkcja rośnie i maksimum wynosi \(f(2)=9\). Nie wolno podać wartości z niedopuszczalnego argumentu.

Jeśli funkcja celu jest kwadratowa i ma maksimum przy \(7{,}5\), a dopuszczalne są całkowite argumenty, sprawdź najbliższe dopuszczalne liczby po obu stronach wierzchołka. Nie zaokrąglaj bez obliczenia wartości celu. Na przedziale otwartym skrajna wartość może w ogóle nie być osiągana, więc nie każdy problem ma maksimum i minimum.

Najczęstsze pytania

Co jest funkcją celu?
Zależność opisująca wielkość maksymalizowaną lub minimalizowaną, np. pole w zależności od boku.
Dlaczego trzeba sprawdzić dziedzinę?
Optimum całej funkcji może odpowiadać wartości niemożliwej w treści, np. ujemnej długości.

Poćwicz

ABCD

Dla \(P(x)=100-(x-10)^2\) na \(0\lt x\lt20\) największe pole wynosi:

ABCD

Prostokąt ma obwód 40 m. Jakie wymiary dają największe pole?

ABCD

Dla funkcji \(f(x)=-x^2+12x\) wierzchołek ma pierwszą współrzędną:

ABCD

Dlaczego w zadaniu optymalizacyjnym trzeba wyznaczyć dziedzinę?

ABCD

Kwadratowa funkcja celu z ujemnym współczynnikiem przy \(x^2\) ma maksimum w \(x=7{,}5\), ale \(x\) oznacza liczbę osób, a dziedzina obejmuje wszystkie liczby całkowite od zera do dziesięciu. Co należy zrobić?

ABCD

Co opisuje funkcja celu?

Sprawdź, ile już umiesz

Przećwicz to zagadnienie na fiszkach albo przejdź do zestawu zadań z całego działu.

Ebook PDF 395 zadań maturalnych z matematyki podstawowej z rozwiązaniami krok po kroku w jednym pliku. Zobacz ebook (19,99 zł)