Trata de encontrar los máximos y mínimos relativos de una
función, procedimiento f’(x) =0. También pueden salir puntos de inflexión
(hacen f’'(x)=0, pero no cambian el crecimiento o decrecimiento de la función, la derivada a ambos lados del punto de inflexión mantiene su signo +,-
Ejem: f(x) = x6
– x5. Su derivada es 6x5 – 5x4. Haciendo 6x5 – 5x4 = 0,
obtenemos como valores posibles x=0, x=
5/6.
Haciendo una valoración en las tres regiones determinadas
por las soluciones anteriores, podemos ver qué representa cada punto.
X<0, f’(-1) = -6 –
5 = -11, f(x) decrece a la izquierda de cero ↘
0<x< 5/6, f’(0’5) = -0’125, f(x) decrece en ese
intervalo ↘ ; en x = 0 hay un punto
de inflexión
x> 5/6, f’(1) = 6 – 5 = +1, la función crece a la derecha
de 5/6 ↗; en x=5/6 hay un mínimo.
PROBLEMAS DE
OPTIMIZACIÓN DE FUNCIONES. Se trata de resolver problemas donde hay una
función objetivo, la función a optimizar, que depende de una o varias
variables. Pasos:
1. encontrar
la función a optimizar
2. encontrar
la variable x con la que están relacionados todos los datos.
3. Encontrar
la relación entre datos, en geometría hay que recordar y aplicar propiedades o
relaciones entre ángulos, distancias, superficies, volúmenes, etc…
4. Definir
la función a optimizar
5. Derivar
la función e igualar a cero.
6. Si
sale más de un valor, decidir cuál hace la función objetivo máxima o mínima.
Ejemplo: Se quiere
vallar una parcela rectangular de 2500m2, con la condición de que la
longitud de valla empleada sea mínima. ¿Qué dimensiones tiene la parcela?
Función objetivo: perímetro mínimo. Datos:
perímetro = 2x + 2y , área = x·y = 2500
Ponemos y en función de x en la función perímetro. Y = 2500 / x
Perímetro =P(x) = 2x + 2· 2500/x = 2x + 5000/x = (2x2
+ 5000)/x
P’(x) =( 4x·x – 2x2 – 5000)/x2 = (2x2
– 5000)/x2 ; P’(x) = 0, à
2x2 – 5000 = 0 à
x = ±50
Desechamos la solución negativa porque no tiene sentido aquí
una cantidad de valla negativa. No siempre podemos desechar soluciones. Comprobamos
que x =50 es mínimo.
P’(10) = -4800 /100 = -48, ↘
P’(100) = 15000 /10000 = + 1’5, ↗ . Luego, en x = 50 hay un
perímetro mínimo.
Solución del problema: x = 50
metros, y= 2500/50 = 50 metros.
Resolver mismo problema pero suponiendo que uno de los lados
de la valla, no necesita valla pues está rodeado por una pared.
Solución: x = 35'35 metros, y = 70'71 metros
EJERCICIOS:
- Un alambre de 3 metros se
corta en dos partes no iguales de forma que con el primer trozo se
construye un cuadrado, y con el segundo trozo una circunferencia. Hallar
la longitud de cada trozo para que LA SUMA DE LAS ÁREAS sea Máxima. Solución: x= 12/(pi +4) = 1'68, y = 1'32 metros
- De todos los conos de
generatriz g= 2 metros, hallar las dimensiones del cono que haga un
volumen máximo. Solución: h = 1,154 metros, R = 1,633 metros
- Un cilindro metálico
cerrado por ambos lados tiene un volumen de 16·pi m3. Hallar las
dimensiones del cilindro de forma que la cantidad de chapa empleada en su
construcción (superficie de chapa) sea mínima. Solución: R = 2 metros, h = 4 metros.
- Hallar la ecuación de una
recta, que pasando por A(4, 5), determine con los semiejes positivos de x
e y, un triángulo de superficie máxima. Solución : y - 5 = 5/4· (x - 4)
- Hallar un número real
positivo de forma que la suma de ese número con su inverso sea mínimo.Solución: x = 1
- De una
lámina de cartón de 40 cm. de largo por 60 cm. de ancho se debe cortar de
cada ángulo un cuadrado igual de modo que con el cartón resultante doblado
convenientemente se pueda construir una caja (sin tapa). Averiguar la longitud del
lado del cuadrado para que la capacidad de la caja sea máxima. Solución: x = 7'84 cm
- Determinar el radio y la
altura de un cono inscrito en una esfera de 9 cm de radio, de forma que el
volumen del cono sea máximo. Solución: h = 12 cm, R = 8'48 cm
- En un campo se quiere
limitar una parcela de 864 m2 por una valla rectangular. Se
quiere añadir otra valla paralela a uno de los lados de forma que divida
al terreno en 2 partes iguales. ¿Qué dimensiones debe tener el campo
rectangular para que la cantidad de valla empleada sea mínima? Solución: x = 24 metros, y = 36 metros
- Un
automóvil ha de recorrer una distancia fija 800 km, a velocidad constante. El gasto de
combustible por hora es el doble del cubo de su velocidad, además, existe
un gasto adicional 2 € por hora. Determinar la velocidad para
que el gasto total sea mínimo. Solución : veloc. = 41,82 km/h
- Hallar
las dimensiones del rectángulo de perímetro 12 cm, que al girar alrededor de uno de sus
lados, engendra un cilindro de volumen máximo. Solución: R = 4 cm, h = 2 cm
- Con un
triángulo isósceles de perímetro 10 cm, hallar el cono de revolución de
volumen máximo engendrado por el triángulo al girar alrededor de su
altura. Soluc.: R = 2 cm, h = 2,23 cm
- Un
depósito cerrado con forma de ortoedro de base cuadrada, tiene una
capacidad de 125 litros; calcular la longitud de sus aristas para que la
superficie metálica empleada en su construcción sea mínima. Soluc: arista base = 5 dm, altura = 5 cm
- Una
estatua de 4 m. se coloca sobre un pedestal de 10 m. Hallar a qué
distancia de la base, se observará la estatua bajo un ángulo máximo. Nota: se debe recurrir a las tangentes. Si ángulo máximo, entonces tangente máxima. Soluc: x = 11,83 metros de la base
- Hallar
el radio y la altura del cilindro circular recto de volumen máximo que
puede inscribirse en un cono de radio 4 m. y altura 9 m. Soluc.: R = 8/3 metros, altura = 6 metros