AYT Matematik · Türev
Optimizasyon (Maksimum-Minimum) Problemleri
Optimizasyon problemleri, bir kısıt altında bir büyüklüğü (alan, hacim, maliyet, uzaklık) en büyük ya da en küçük yapan değeri arar. Türevin gücü tam burada ortaya çıkar: optimize edilecek büyüklük tek değişkenli bir fonksiyona indirildiğinde, koşulu kritik noktaları verir, ikinci türev veya işaret incelemesi ise bunun maksimum mı minimum mu olduğunu söyler. AYT'de sözel kurulumuyla sık çıkan, puanı yüksek bir konudur.
1. Yöntem: 5 Adımlı Yol
Hemen hemen her optimizasyon problemi aynı iskelete oturur. Bu beş adımı sırayla uygulamak, sözel karmaşayı mekanik bir hesaba çevirir.
| Adım | Yapılan iş |
|---|---|
| 1. Değişken tanımla | Bilinmeyen uzunlukları , , , gibi harflerle adlandır; bir şekil çiz |
| 2. Kısıt denklemini yaz | Problemin verdiği sabit bağıntı (çevre, hacim, toplam) bir denklem olarak yazılır |
| 3. Tek değişkene indir | Optimize edilecek büyüklüğü, kısıtı kullanarak tek değişkenle ifade et |
| 4. çöz | Türevi sıfırlayıp kritik noktaları bul |
| 5. Doğrula | İkinci türev / işaret tablosu ile maks–min ayrımı yap, tanım aralığı ve uç noktaları kontrol et |
Püf noktası: 5. adımı atlamak en sık kaybedilen puandır. size bir aday verir; o adayın gerçekten istenen uç değer olduğunu mutlaka ikinci türev işaretiyle veya işaret değişimiyle gösterin.
İkinci türev testi kısaca şöyledir: olan bir noktasında
2. Çözümlü Örnekler
Çevresi olan dikdörtgenler arasında alanı en büyük olanın boyutlarını ve bu en büyük alanı bulunuz.
Kenarlara ve de; çevre kısıtından 'yi cinsinden yazıp alanı tek değişkenli yap.
- Değişken: Kenarlar ve olsun, , .
- Kısıt: Çevre .
- Tek değişken: Alan , tanım aralığı .
- Türev sıfır: .
- Doğrula: olduğundan bir maksimumdur. Bu durumda ve .
Kenar uzunluğu birim olan kare bir kartonun dört köşesinden boyutunda kareler kesilip kenarlar yukarı katlanarak üstü açık bir kutu yapılıyor. Hacmi en büyük yapan değerini ve bu hacmi bulunuz.
Tabanın bir kenarı olur, yükseklik ise 'tir. Hacmi cinsinden yazıp türevini al.
- Değişken: Kesilen karenin kenarı ; katlamadan sonra yükseklik , taban kenarı .
- Tanım aralığı: Taban kenarı pozitif olmalı: .
- Tek değişken: Hacim .
- Türev sıfır: Çarpım kuralıyla
(yani , sınırda elenir) ya da . 5. Doğrula: için , için ; işaret 'dan 'ye döndüğü için bir maksimumdur. .
Hacmi sabit olan, üstü açık silindir biçimli bir kabın en az malzeme ile (en küçük yüzey alanıyla) yapılabilmesi için taban yarıçapı ne olmalıdır?
Yüzey = taban dairesi + yan yüz. Hacim kısıtından 'yi çek, yüzeyi yalnız cinsinden yaz.
- Değişken: Taban yarıçapı , yükseklik .
- Kısıt: Hacim .
- Tek değişken: Üstü açık olduğundan yüzey, taban () artı yan yüzdür ():
- Türev sıfır: .
- Doğrula: (her için) olduğundan bu nokta bir minimumdur. Yükseklik ise ile bulunur; yerine konursa çıkar (yükseklik yarıçapa eşit).
parabolü üzerindeki noktalar arasında noktasına en yakın olanını bulunuz.
Uzaklığın kendisi yerine karesini minimize et; karekök artan fonksiyon olduğundan minimum aynı noktada oluşur ve hesap kolaylaşır.
- Değişken: Parabol üzerindeki nokta biçimindedir.
- Büyüklük: 'e uzaklığın karesi
- Türev sıfır: Zincir kuralıyla
ya da , yani . 4. Adayları karşılaştır: için . için . 5. Doğrula: olduğundan minimum noktalarında; ise yerel maksimum benzeri bir tepe verir. En küçük uzaklık .
Çözümlü Sorular
Toplamları olan iki pozitif sayının çarpımı en çok kaçtır?
- Sayılar ve olsun, . Çarpım .
- .
- olduğundan maksimumdur. .
Bir çiftçi, bir kenarı düz bir duvara dayanan dikdörtgen bir tarlayı çevirmek için tel kullanacaktır. Duvar tarafına tel çekilmeyeceğine göre çevrilebilecek en büyük alan kaç 'dir?
- Duvara dik iki kenar , duvara paralel kenar olsun. Tel yalnız üç kenara çekilir: .
- Alan , tanım aralığı .
- , dolayısıyla .
- olduğundan maksimumdur. .
fonksiyonunun kapalı aralığındaki en küçük değeri kaçtır?
- veya .
- aralık dışındadır; aralık içindeki kritik nokta yalnız .
- Uç noktalar ve kritik nokta karşılaştırılır: , , .
- En küçük değer 'te oluşur: .
Hacmi olan, üstü ve altı kapalı (tam kapalı) silindir biçimli bir kabın toplam yüzey alanı en az olacak şekilde taban yarıçapı kaç cm olmalıdır?
- Hacim kısıtı: .
- Tam kapalı yüzey: iki taban artı yan yüz: .
- .
- olduğundan minimumdur.
Birim çembere (yarıçapı olan çembere) içten teğet, kenarları eksenlere paralel ve çemberin merkezinden geçen eksenlere göre simetrik bir dikdörtgenin alanı en çok kaçtır? (Köşeleri çember üzerinde olan, çemberine iç dikdörtgen.)
- Birinci bölgedeki köşe ile , .
- Dikdörtgenin kenarları ve olduğundan alan .
- Hesabı kolaylaştırmak için . .
- için . Alan .
Bir ürünün adet üretildiğinde toplam maliyeti TL'dir. Birim başına ortalama maliyeti en küçük yapan üretim miktarı kaçtır?
- Ortalama maliyet , .
- (pozitif kök).
- olduğundan minimumdur.
- En küçük ortalama maliyet TL.
Sınav Tarzı Sorular
Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.
Çözümlü Sorular
Her soruyu önce kendin dene; takıldığında Çözüme Bak.
- **Kısıt:** Alan .
- **Maliyet:** kenarı iki adet (), kenarı iki adet (): $$
- **Türev sıfır:** .
- **Doğrula:** olduğundan bir **minimumdur**. Bu durumda .
- **Maliyet:** TL.
- **Boyutlar:** Katlamadan sonra yükseklik , taban kenarları ve olur; taban pozitif olmalı: .
- **Hacim:** .
- **Türev sıfır:** veya .
- **Eleme:** tanım aralığı dışındadır (); geçerli aday .
- **Doğrula:** işareti 'de 'dan 'ye döner, dolayısıyla maksimumdur. .
- **Değişken:** Kira TL'lik artış yapılsın. Kira , dolu oda sayısı olur ().
- **Gelir:** .
- **Düzenleme:** .
- **Türev sıfır:** .
- **Doğrula:** olduğundan bir **maksimumdur**. Kira TL, dolu oda . Gelir TL.
- **Kısıt:** Taban kare , yükseklik ; hacim .
- **Yüzey (üstü açık):** taban + dört yan yüz : .
- **Türev sıfır:** .
- **Doğrula:** olduğundan bir **minimumdur**.
- Uzaklık kareleri: ve .
- Toplam: .
- Türev sıfır: .
- olduğundan bir **minimumdur**.
- Dikdörtgenin tabanı , yüksekliği (). Alan .
- Türev sıfır: .
- olduğundan maksimumdur. Yükseklik .
- Alan .
Sık Yapılan Hatalar
- Kısıtı kullanmadan iki değişkenle kalmak: Türev tek değişkene göre alınır. Kısıt denklemini (, gibi) mutlaka kullanıp ikinci değişkeni yok et.
- Maks–min doğrulamasını atlamak: yalnızca aday verir. İkinci türev işareti ya da 'in işaret değişimiyle maksimum mu minimum mu olduğunu göster.
- Tanım aralığını ve uç noktaları gözardı etmek: gibi fiziksel kısıtların dışındaki kökleri (örneğin ) eleyin; kapalı aralıklarda uç noktaların değerlerini de karşılaştırın.
- Uzaklığın kendisini minimize etmeye çalışmak: Karekökle uğraşmak yerine 'yi minimize et; karekök artan olduğundan minimum yeri değişmez.
Sınav İpucu
Sözel bir soruda "en büyük / en küçük / en az / en çok" ifadelerini gördüğün an refleksin şu olsun: önce kısıtı yaz, ardından optimize edilecek büyüklüğü tek değişkene indir. Şekil çizmek, hangi uzunluğun değişken hangisinin sabit olduğunu netleştirir ve kısıtı kurmayı kolaylaştırır. Çoğu AYT sorusunda hesap kısa, asıl iş doğru kurulumdadır.