Задача №1. Из куска жести, форма и размеры которого (в дм) показаны на рис. 57, вырезать прямоугольник с наибольшей площадью.
Решение. Обозначим стороны вырезаемого прямоугольника через и . Тогда его площадь . Выразим через , исходя из подобия треугольников и :
Подставляя в пропорцию , получим , откуда . Заменяя в выражении площади, имеем
где согласно условию задачи изменяется на отрезке [3; 11].
Ищем далее наибольшее значение функции на указанном отрезке. в точке , но эта точка лежит вне рассматриваемого отрезка; существует всюду, поэтому на отрезке нет ни одной критической точки. При изменении от 3 до 11 производная , а функция неизменно возрастает и достигает наибольшего значения на правом конце отрезка .
Итак, прямоугольник, вырезанный из данного куска жести, будет иметь наибольшую площадь, когда точка совпадает с точкой ; дм².
Задача №2. Выбрать место для постройки моста через реку, чтобы длина дороги между двумя пунктами, расположенными по разные стороны от реки, была наименьшая.
Решение. Сделаем схематический план местности вблизи указанных в условии объектов (рис. 58). Расстояния и согласно условию задачи являются постоянными. Если мост построен в указанном в плане месте, то длина дороги между пунктами и
Выбрав за независимую переменную расстояние , получим
и
где изменяется на отрезке , что очевидно.
Теперь найдем наименьшее значение функции на отрезке .
Найдем производную и критические точки, лежащие внутри отрезка :
, когда
Решая это уравнение, получим
и
Точка лежит вне отрезка : при ; при . Точка лежит внутри этого отрезка при любых положительных значениях и , так как при этом и т. е. .
Производная существует всюду, поэтому функция других критических точек не имеет.
Внутри отрезка функция имеет одну критическую точку . Исследуя эту критическую точку по знаку производной v слева и справа от нее, как это показано в таблице, убеждаемся, что точка есть точка минимума.
Согласно свойству 1 непрерывных функций, в этой единственной на отрезке точке минимума непрерывная функция имеет и наименьшее значение из всех ее значений на этом отрезке.
Следовательно, чтобы длина дороги между двумя пунктами, расположенными по разные стороны от реки, была наименьшая, следует построить мост в том месте, где расстояние .