Didžiausia ir mažiausia reikšmė
Kaip iš visų galimų variantų išrinkti geriausią: didžiausią plotą, mažiausiai medžiagos, pigiausią kelią. Išmoksime vieną patikimą receptą ir pritaikysime jį tvorai, dėžutei, skardinei ir kabeliui.

Kam to reikia?
Gyvenime nuolat ieškome „geriausio“: didžiausio ploto iš tos pačios tvoros, mažiausio kiekio skardos konservų dėžutei, mažiausių kelionės išlaidų, didžiausio parduotuvės pelno. Galima spėlioti ir tikrinti dešimtis variantų – bet išvestinė duoda tikslų atsakymą per kelias eilutes.
Mintis paprasta, ją jau matėme 6 skyriuje: kalno viršūnėje ir duobės dugne liestinė guli horizontaliai, t. y. f′(x) = 0. Bet yra viena gudrybė. Kai x gali būti tik tam tikrose ribose (tvoros ilgis baigtinis, lapas tik 30 cm), didžiausia reikšmė kartais būna ne viršūnėje, o pačiame krašte. Todėl reikia tikrinti ir kraštus.
Palyginimas: eini kalnų taku nuo vieno namelio iki kito. Kur buvai aukščiausiai? Arba ant kurios nors kalvos viršūnės, arba prie kurio nors namelio (jei takas visą laiką kilo). Kitur būti negalėjo – jei vietoje takas dar kyla, vadinasi, šiek tiek toliau buvai dar aukščiau.
AReikšmės atkarpoje [a; b]
Turime funkciją f(x) ir atkarpą [a; b] (galai įeina). Jei funkcija ištisinė (grafikas be trūkių), tai atkarpoje ji būtinai turi ir didžiausią, ir mažiausią reikšmę. Kur jų ieškoti? Tik dviejose vietose:
- kritiniuose taškuose atkarpos viduje – ten, kur f′(x) = 0 (arba išvestinės nėra);
- atkarpos galuose x = a ir x = b.
Tai ir yra visas receptas: surašome šiuos „kandidatus“, apskaičiuojame f kiekviename ir išrenkame didžiausią bei mažiausią skaičių. Ženklų lentelės čia net nereikia!
- Rask f′(x) ir išspręsk f′(x) = 0.
- Palik tik tuos sprendinius, kurie yra atkarpos viduje. Kitus išbrauk.
- Apskaičiuok f reikšmes likusiuose taškuose ir abiejuose galuose.
- Didžiausias skaičius – didžiausia reikšmė, mažiausias – mažiausia.
1 pavyzdys. f(x) = x³ − 3x atkarpoje [0; 2]
| Kandidatas | x = 0 (galas) | x = 1 (kritinis) | x = 2 (galas) |
|---|---|---|---|
| f(x) | 0 | −2 | 2 |
Atsakymas: didžiausia reikšmė 2 (kai x = 2), mažiausia −2 (kai x = 1). Pastebėk: didžiausia reikšmė yra gale, ne viršūnėje.
2 pavyzdys. Ta pati funkcija atkarpoje [−3; 3]
Dabar abu kritiniai taškai x = −1 ir x = 1 yra viduje, todėl kandidatų keturi.
| x | −3 | −1 | 1 | 3 |
|---|---|---|---|---|
| f(x) | −18 | 2 | −2 | 18 |
Atsakymas: didžiausia reikšmė 18, mažiausia −18. Viršūnė x = −1 (vietinis maksimumas 2) čia ne didžiausia reikšmė – galas x = 3 aukščiau. Vietinis maksimumas ≠ didžiausia reikšmė!
3 pavyzdys. f(x) = x + 1/x atkarpoje [1/2; 3]
Atsakymas: didžiausia reikšmė 10/3 (kai x = 3), mažiausia 2 (kai x = 1). Trupmenas geriau palikti tikslias: 10/3, o ne 3,33.
BGyvenimiški (tekstiniai) uždaviniai
Tekstiniame uždavinyje funkcijos niekas neduoda – ją reikia susikurti pačiam. Tai sunkiausia vieta, todėl visada eik tais pačiais šešiais žingsniais:
- Pažymėk kintamąjį. Ką galime keisti? Tą dydį pavadink x (ir parašyk, kokiais vienetais).
- Užrašyk funkciją. Ką reikia padaryti didžiausią ar mažiausią? Išreikšk tai vien per x (kitus dydžius išreikšk iš sąlygos).
- Sritis. Kokie x galimi? Ilgis teigiamas, kirpti daugiau nei pusę lapo negalima ir pan.
- Išvestinė. Rask ją ir išspręsk f′(x) = 0.
- Tikrink. Ar tai tikrai maksimumas (minimumas)? Ženklų lentelė arba galų reikšmės.
- Atsakyk į tai, ko klausė: ne „x = 5“, o „kvadratas 5 × 5 m, plotas 25 m²“.
B1. Tvora 20 m – didžiausias daržas
Šią istoriją jau matei pagrindiniame puslapyje (3 istorija apie tėčio daržą). Dabar – tvarkingai, šešiais žingsniais.
B2. Tvora palei upę (tik trys kraštinės)
Ūkininkas turi 60 m tvoros ir aptveria stačiakampę ganyklą prie upės. Prie upės tvoros nereikia. Kokių matmenų ganykla didžiausia?
Įdomu: čia geriausia ne kvadratas. Upė „atstoja“ vieną kraštinę, todėl kraštinė palei upę dvigubai ilgesnė.
B3 · interaktyvuAtvira dėžutė iš 30 × 30 cm lapo
Iš kvadratinio 30 × 30 cm kartono lapo kampų iškerpame po vienodą kvadratėlį, kurio kraštinė x, ir užlenkiame kraštus. Gaunasi dėžutė be dangčio. Koks turi būti x, kad dėžutės tūris būtų didžiausias?
Viršuje – lapas: raudoni kampai išmetami, žali kraštai užlenkiami į sieneles, mėlynas vidurys – dugnas. Apačioje – tūrio grafikas ir raudona liestinė. Kai liestinė tampa horizontali, tūris didžiausias.
Sandaugos išvestinė (4 skyrius) čia labai praverčia: iškelk bendrą daugiklį (30 − 2x).
B4. Litro skardinė su mažiausiai skardos (12 kl. / VBE)
Reikia pagaminti uždarą cilindro formos skardinę, kurios tūris 1 l = 1000 cm³. Kokio spindulio r ir aukščio h ji turi būti, kad skardos (paviršiaus ploto) reikėtų mažiausiai?
Gražus rezultatas: geriausios skardinės aukštis lygus skersmeniui (h = 2r) – iš šono ji atrodo kaip kvadratas. Parduotuvėje skardinės dažnai aukštesnės dėl kitų priežasčių (patogu laikyti, gražiau atrodo).
B5. Skaičių suma 10 – didžiausia sandauga
Skaičių 10 išskaidyk į du dėmenis taip, kad jų sandauga būtų didžiausia.
Pastebėjai? Tai ta pati funkcija kaip daržo uždavinyje B1. Skirtingos istorijos, bet matematika viena – todėl ir verta mokėti receptą, o ne atsakymus.
B6 (papildomai). Pigiausias kabelis per upę
Elektrinė stovi ant pietinio upės kranto. Gamykla – ant šiaurinio kranto, 1000 m pasroviui. Upės plotis 300 m. Kabelio metras po vandeniu kainuoja 5 €, sausuma – 3 €. Kabelis eina po vandeniu įstrižai iki taško šiauriniame krante, o toliau – krantu iki gamyklos. Kur išlipti į krantą?
Tiesiai skersai upės (p = 0) – 4500 €, visą kelią po vandeniu (p = 1000) – apie 5220 €. Išvestinė rado vidurio variantą, pigesnį už abu.
Dažniausios klaidos
- Didžiausios ir mažiausios reikšmės atkarpoje [a; b] ieškome tik tarp kritinių taškų viduje ir galų. Apskaičiuojame, palyginame, išrenkame.
- Vietinis maksimumas nebūtinai yra didžiausia reikšmė – galas gali būti aukščiau.
- Tekstinis uždavinys: kintamasis → funkcija → sritis → išvestinė → patikra → atsakymas.
- Klasika: iš tos pačios tvoros daugiausia ploto duoda kvadratas; 30 × 30 lapo dėžutei x = 5 cm; litro skardinei h = 2r.
Pasitikrink
Rask funkcijos f(x) = x² − 4x + 1 didžiausią reikšmę atkarpoje [0; 5].
Užuomina
f′(x) = 2x − 4. Kandidatai: kritinis taškas ir abu galai.
Sprendimas
Rask funkcijos f(x) = 2x³ − 3x² − 12x mažiausią reikšmę atkarpoje [0; 3].
Užuomina
f′(x) = 6x² − 6x − 12 = 6(x − 2)(x + 1). Kuris sprendinys priklauso atkarpai?
Sprendimas
Funkcija f(x) = x³ − 3x², atkarpa [−1; 4]. Įvesk didžiausią ir mažiausią reikšmes per kabliataškį.
Užuomina
f′(x) = 3x² − 6x = 3x(x − 2). Kandidatai: −1, 0, 2, 4.
Sprendimas
Stačiakampio sklypo plotas 100 m². Koks mažiausias gali būti jo perimetras (m)?
Užuomina
Jei viena kraštinė x, kita 100/x. P(x) = 2x + 200/x, x > 0.
Sprendimas
Dviejų teigiamų skaičių suma 12. Kokia didžiausia gali būti pirmojo skaičiaus ir antrojo kvadrato sandauga x · y²?
Užuomina
x = 12 − y, taigi P(y) = (12 − y)y² = 12y² − y³, 0 < y < 12.
Sprendimas
Mokymosi puslapis. Klaidą ar neaiškumą pastebėjai – pasakyk tėčiui.