[Etusivu] [Sisällysluettelo] [Hakemisto]
[Ylempi pääsivu] [Edellinen sivu] [Seuraava sivu]


5.5.3. Funktion suurin ja pienin arvo

Käytännön optimointiongelmissa täytyy yleensä selvittää funktion todellinen suurin tai pienin arvo: halutaan esim. maksimoida myyntivoitto tai minimoida tuotantokustannukset.

Funktiolla on kohdasssa suurin arvo (pienin arvo) , jos funktion jokainen arvo toteuttaa ehdon (). On huomattava, että funktiolla ei aina ole suurinta tai pienintä arvoa. Esimerkiksi funktiolla on pienin arvo , mutta sillä ei ole suurinta arvoa. Funktiolla ei ole suurinta eikä pienintä arvoa.

Suljetulla välillä jatkuvan funktion suurin ja pienin arvo

Olkoon funktio jatkuva suljetulla välillä . Tällöin funktio saa aina suurimman ja pienimmän arvonsa sekä kaikki niiden välissä olevat arvot. Jos funktion pienin arvo on ja suurin arvo , funktion arvojoukko on .

Suljetulla välillä jatkuvan funktion suurin tai pienin arvo voi olla

• välillä olevassa derivaatan nollakohdassa,

• kohdassa, jossa funktio ei ole derivoituva tai

• välin päätepisteessä.

Koska tiedetään, että suurin ja pienin arvo löytyvät joistakin em. kohdista, niiden löytämiseksi riittää etsiä kaikki mahdolliset kohdat, joissa suurin tai pienin arvo voi olla, laskea funktion arvo näissä kohdissa ja valita arvoista suurin ja pienin.

Esimerkki 5.29.

Määrää funktion suurin ja pienin arvo välillä .

Ratkaisu:

Funktio on jatkuva ja derivoituva tällä välillä, joten sillä on suurin ja pienin arvo ja ne voivat olla ainoastaan välin päätepisteissä sekä derivaatan nollakohdissa. Funktion derivaatta on

 

Ratkaistaan derivaatan nollakohdat.

 

Lasketaan funktion arvot mahdollisissa ääriarvokohdissa.

Vastaus:   Funktion pienin arvo on ja suurin arvo .

Esimerkki 5.30.

Meren rannalla on muuntaja A, josta on vedettävä sähkökaapeli saareen B. Kaapelointikustannukset kilometriä kohti ovat merellä 1,4-kertaiset verrattuna kustannuksiin maalla. Mikä on kaapelin edullisin reitti muuntajalta saareen?

Ratkaisu:

Kaapeli täytyy vetää niin, että ensin sitä vedetään rantaviivaa pitkin jonkin matkaa ja sitten tästä pisteestä suoraan saareen. Muulla tavoin tulisi aina ylimääräistä maa- tai merimatkaa.

Muodostetaan funktio, joka ilmoittaa kaapelointikustannukset. Olkoot kaapelointikustannukset maalla  (mk/km) ja merellä (mk/km). Kun valitaan muuttuja oheisen kuvan osoittamalla tavalla, saadaan kaapelointikustannuksiksi

 

Kustannusfunktio saa pienimmän arvonsa, kun funktio

 

saa pienimmän arvonsa. Tämä on määrittelyjoukossaan jatkuva ja derivoituva funktio, joten sillä on pienin arvo, joka voi olla vain määrittelyvälin päätepisteessä tai derivaatan nollakohdassa.

Derivoidaan funktio :

 

Ratkaistaan derivaatan nollakohdat.

 

Lasketaan funktion arvo kaikissa mahdollisissa ääriarvokohdissa.

Vastaus:   Kaapelia kannattaa vetää n. 4,9 (km) rantaa pitkin ja tästä suoraan saareen.

Funktion suurimman ja pienimmän arvon määrittäminen muulloin

Jos funktio ei ole määritelty suljetulla välillä tai se ei ole jatkuva, sillä ei välttämättä ole suurinta tai pienintä arvoa. Tällöin on vain tutkittava funktion kulkua (monotonisuus, lokaalit ääriarvot) derivaatan ja raja-arvotarkastelujen avulla sekä pääteltävä saatujen tietojen perusteella suurimman ja pienimmän arvon olemassaolo.

Esimerkki 5.31.

Palataan sivulla 92 esitettyyn esimerkkiin 4.8. Printterit Oy tuo maahan ja myy laserkirjoittimia. Esimerkin perusteella yrityksen vuosittaiset kustannukset (mk/vuosi) riippuvat maahantuontierän koosta (kpl/erä) noudattaen funktiota

 

Määrää se eräkoko, jolla yrityksen vuosittaiset kustannukset ovat mahdollisimman pienet.

Ratkaisu:

Kustannusfunktio on määrittelyjoukossaan derivoituva, joten sen ainoat mahdolliset ääriarvokohdat ovat derivaatan nollakohdat. Kustannusfunktion derivaatta on

 

Ratkaistaan derivaatan nollakohdat.

 

Tutkitaan ääriarvon laatu derivaatan merkkikaavion avulla. Derivaatan merkin eri väleillä voi tässä selvittää esim. kokeilemalla.

Kaavion perusteella derivaatan nollakohdassa kustannusfunktiolla on myös pienin arvo.

Vastaus:   Yrityksen vuosittaiset kustannukset ovat mahdollisimman pienet, kun tuontierän koko on 159 (kpl/erä).

Harjoituksia

25.  Millä :n arvoilla funktio on kasvava?

Vastaus tehtävään 25

26.  Millä :n arvoilla funktio on vähenevä?

Vastaus tehtävään 26

27.  Osoita, että funktio

 

on aidosti kasvava.

Vastaus tehtävään 27

28.  Piirrä polynomifunktion

 

kuvaaja.

Vastaus tehtävään 28

29.  Määrää funktion

 

lokaalit ääriarvot.

Vastaus tehtävään 29

30.  Piirrä funktion

 

kuvaaja.

Vastaus tehtävään 30

31.  Määrää funktion

 

lokaalit ääriarvot. Mitkä ovat funktion kuvaajan asymptootit? Piirrä funktion kuvaaja.

Vastaus tehtävään 31

32.  Tutki, kuinka monta reaalijuurta on yhtälöllä ?

Vastaus tehtävään 32

33.  Määrää funktion suurin ja pienin arvo välillä .

Vastaus tehtävään 33

34.  Lausekkeen suurin arvo välillä on 76. Määrää vakio .

Vastaus tehtävään 34

35.  Määrää lausekkeen suurin arvo.

Vastaus tehtävään 35

36.  Millä vakion arvoilla funktio saa vain positiivisia arvoja?

Vastaus tehtävään 36

37.  Kirjakauppa ostaa kustantajalta Kalle Päätalon romaania Juoksuhautojen jälkeen hintaan 80 (mk/kpl). Kirjaa myydään hinnalla 160 (mk/kpl) 300 (kpl/kk). Kirjakauppa suunnittelee kuitenkin kirjan hinnan alentamista lisätäkseen sen myyntiä. Arvioidaan, että jokaista markan alennusta kohti romaanin myynti kasvaa 10 (kpl/kk). Mihin hintaan kirja pitäisi myydä, jotta saataisiin mahdollisimman suuri myyntivoitto?

Vastaus tehtävään 37

38.  Kivi sinkoutuu kulmassa 98 metrin päähän. Kuinka korkealla kivi käy, jos lentorata oletetaan paraabelin muotoiseksi?

Vastaus tehtävään 38

39.  Uuden oppikirjan menekin arvioidaan olevan tasaisesti 5000 (kpl/vuosi). Kirjojen painamiskustannukset ovat 7250 (mk/painos) (eivät riipu painoksen koosta) ja 30 (mk/kpl). Kirjojen varastointikustannukset ovat 6 (%/vuosi) varastoon sitoutuneen pääoman arvosta. Mikä on se painoskoko, jolla oppikirjojen painamisesta ja varastoinnista aiheutuvat vuosittaiset kustannukset ovat mahdollisimman pienet?

Vastaus tehtävään 39

40.  Tehtaassa ryhdytään valmistamaan kannetonta litran vetoista suorakulmaisen särmiön muotoista peltiastiaa, jonka pohjana on neliö. Kuinka suureksi on valittava astian korkeuden ja pohjasärmän suhde, jotta peltiä kuluisi mahdollisimman vähän? (YO73S)

Vastaus tehtävään 40

41.  Olkoon yrityksen tuotantonopeus (kpl/kk). Oletetaan, että kuukausittaiset myyntitulot (mk/kk) noudattavat funktiota . Oletetaan lisäksi, että tuotantokustannukset (mk/kk) tuotantonopeuden (kpl/kk) funktiona ovat .

(a) Mitkä ovat funktioiden määrittelyissä esiintyvien vakioiden mittayksiköt?

(b) Millä tuotantonopeudella yrityksen kuukausivoitto maksimoituu?

Vastaus tehtävään 41

42.  Suunnistaja on polulla, joka kulkee suoraan koilliseen. Muu lähimaasto on metsää, jossa kulkunopeus on 60 % nopeudesta polulla. Seuraava rasti on suunnistajan sijaintikohdasta 1000 (m) itään ja 200 (m) pohjoiseen. Mikä on nopein reitti seuraavalle rastille?

Vastaus tehtävään 42


[Ylempi pääsivu] [Edellinen sivu] [Seuraava sivu]