Модель реальной ситуации · исследование. Вторая часть экзамена. Ниже — что нужно знать, типичные ошибки и примеры с разбором; потренироваться можно бесплатно в тренажёре.
Нашли точку экстремума, но не проверили, что это наибольшее значение на нужном промежутке.
Примеры с разбором
Наибольшая мощность в цепи
На заводе имеется генератор с ЭДС ε=48 В и внутренним сопротивлением r=1 Ом. Инженер подключает к генератору нагрузку, используя реостат, чтобы установить сопротивление нагрузки R (в омах). Сила тока в цепи (в амперах) определяется законом Ома: I=r+Rε. Тепловая мощность (в ваттах), выделяемая в нагрузке, может быть рассчитана по формуле Джоуля — Ленца: P=I2R. Какова максимальная тепловая мощность P, которая может быть выделена нагрузкой?
Разбор и ответ
Сопротивление нагрузки R⩾0. По закону Ома I=r+Rε, поэтому мощность P(R)=I2R=(R+r)2ε2R=(R+1)22304R.
Найдём производную по правилу для частного: P′(R)=2304⋅(R+1)4(R+1)2−R⋅2(R+1). Сократим на R+1>0:P′(R)=2304⋅(R+1)3R+1−2R=(R+1)32304(1−R).
Знаменатель положителен, поэтому знак P′(R) совпадает со знаком 1−R: при 0⩽R<1 производная положительна (мощность растёт), при R>1 — отрицательна (мощность убывает). Значит, R=1 — точка максимума.
Ёмкость в форме прямоугольного параллелепипеда с квадратным основанием и без крышки должна вмещать 512 м³. Материал для дна стоит 500 руб. за квадратный метр, а для боковых стенок — 250 руб. за квадратный метр. Какой должна быть сторона основания (в метрах), чтобы затраты на материал были наименьшими? Найдите эти затраты в рублях.
Разбор и ответ
Пусть сторона основания x м, x>0. Высота ёмкости h=x2512 м, площадь дна x2 м², площадь четырёх боковых стенок 4xh=x2048 м².
Затраты на материал: f(x)=500x2+250⋅x2048=500x2+x512000 руб.
f′(x)=0 при x3=512, то есть x=8. Знаменатель положителен, поэтому при 0<x<8 имеем f′(x)<0 (затраты убывают), при x>8 — f′(x)>0 (растут). Значит, x=8 — точка минимума.
08xmin
Знак f′(x) при x>0
Наименьшие затраты: f(8)=500⋅82+8512000=32000+64000=96000 руб.
Ответ: сторона $8$ м, затраты $96000$ руб.
Какие задачи встретятся в тренажёре
Коробка наибольшего объёма
Наибольшая амплитуда колебаний
Наибольшая мощность в цепи
Наибольшая прибыль при заданных затратах
Наименьшие затраты на материал
Участок наибольшей площади
Каждый раз числа новые, ответ проверяется сразу, к задаче есть пошаговый разбор.