Здравствуйте, Pavel!
Условие : функция y(x,a) = x / (x
2 + a
2)
Вычислить наибольшее значение функции.
Решение: наибольшее значение данной функции не удаётся описать одной формулой. Приходится рассматривать 3 случая отдельно.
1) a = 0 . В этом случае функция вырождается в гиперболу y(x,0) = x / (x
2 + 0
2) = x / x
2 = 1 / x
Эта стандартная гипербола f(x) = 1 / x убывает на всей области определения (0 ; [$8734$]) .
Производная этой функции f'(x) = -1 / x
2 < 0 - всегда отрицательна для любого x > 0 .
Функция f(x) = 1 / x НЕ определена в точке x = 0 , однако именно предел справа к этой точке даёт искомое наибольшее значение, равное +бесконечности.
2) a > 0 . Вычисляем производную функции y'(x,a) = dy(x,a) / dx = [x / (x
2 + a
2)]'
Используем формулу вычисления производной частного 2х под-функций: (u / v)' = (u'·v - u·v') / v
2Тут u = x , v = x
2 + a
2Тогда : u' = 1 , v' = 2·x
y'(x,a) = [1·(x
2 + a
2) - x·(2·x)] / (x
2 + a
2)
2 = (x
2 + a
2 - 2·x
2) / (x
2 + a
2)
2 = (a
2 - x
2) / (x
2 + a
2)
2Приравниваем производную нулю : y'(x,a) = (a
2 - x
2) / (x
2 + a
2)
2 = 0
Дробь равна нулю, когда её числитель равен нулю : a
2 - x
2 = 0
Получаем критические точки : x
2 = a
2 , x = ±a
Отбрасываем отрицательный корень, тк согласно Условию нам задан промежуток x = (0 ; +[$8734$]) .
Получаем искомый максимум для точки x = a :
y(a,a) = a / (a
2 + a
2) = a / (2·a
2) = 1 / (2·a)
3) a < 0 - те же вычисления, что и для a > 0 , но искомое наибольшее значения функции будет равно
y(a,a) = - 1 / (2·a) , потому что переменная a возводится в квадрат, а значение функции всегда положительно на промежутке x = (0 ; +[$8734$]) .
Ответ : при a = 0 наибольшее значение функции равно бесконечности,
при a <> 0 наибольшее значение функции равно 1 / (2·|a|) .
Для проверки правильности рассчётов я начертил графики в программе
ru.wikipedia.org/wiki/Mathcad . Маткад-скриншот прилагаю ниже. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.
См также учебно-методическую статью "Возрастание, убывание и экстремумы функции"
СсылкаЕсли у Вас остались вопросы, Вы можете задать их в минифоруме Вашей Консультации.