AYT Matematik · Türev

Optimizasyon (Maksimum-Minimum) Problemleri

~11 dk okumaZorluk: Zor6 çözümlü soruAYT'de ~4 soru/yıl · Sınavda yüksek ağırlık

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.

AdımYapılan iş
1. Değişken tanımlaBilinmeyen uzunlukları , , , gibi harflerle adlandır; bir şekil çiz
2. Kısıt denklemini yazProblemin verdiği sabit bağıntı (çevre, hacim, toplam) bir denklem olarak yazılır
3. Tek değişkene indirOptimize edilecek büyüklüğü, kısıtı kullanarak tek değişkenle ifade et
4. çözTürevi sıfırlayıp kritik noktaları bul
5. Doğrulaİkinci 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

Örnek
Soru

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.

  1. Değişken: Kenarlar ve olsun, , .
  2. Kısıt: Çevre .
  3. Tek değişken: Alan , tanım aralığı .
  4. Türev sıfır: .
  5. Doğrula: olduğundan bir maksimumdur. Bu durumda ve .
Sonuç: Kenarlar (bir kare); en büyük alan .
Örnek
Soru

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.

  1. Değişken: Kesilen karenin kenarı ; katlamadan sonra yükseklik , taban kenarı .
  2. Tanım aralığı: Taban kenarı pozitif olmalı: .
  3. Tek değişken: Hacim .
  4. Türev sıfır: Çarpım kuralıyla

(yani , sınırda elenir) ya da . 5. Doğrula: için , için ; işaret 'dan 'ye döndüğü için bir maksimumdur. .

Sonuç: birim; en büyük hacim birim küp.
Örnek
Soru

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.

  1. Değişken: Taban yarıçapı , yükseklik .
  2. Kısıt: Hacim .
  3. Tek değişken: Üstü açık olduğundan yüzey, taban () artı yan yüzdür ():

  1. Türev sıfır: .
  2. Doğrula: (her için) olduğundan bu nokta bir minimumdur. Yükseklik ise ile bulunur; yerine konursa çıkar (yükseklik yarıçapa eşit).
Sonuç: ve bu durumda . Örneğin ise , .
Örnek
Soru

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.

  1. Değişken: Parabol üzerindeki nokta biçimindedir.
  2. Büyüklük: 'e uzaklığın karesi

  1. 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 .

Sonuç: En yakın noktalar ; en küçük uzaklık .

Çözümlü Sorular

Örnek
Soru

Toplamları olan iki pozitif sayının çarpımı en çok kaçtır?

  1. Sayılar ve olsun, . Çarpım .
  2. .
  3. olduğundan maksimumdur. .
Sonuç: En büyük çarpım (sayılar ve ).
Örnek
Soru

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?

  1. Duvara dik iki kenar , duvara paralel kenar olsun. Tel yalnız üç kenara çekilir: .
  2. Alan , tanım aralığı .
  3. , dolayısıyla .
  4. olduğundan maksimumdur. .
Sonuç: En büyük alan (, ).
Örnek
Soru

fonksiyonunun kapalı aralığındaki en küçük değeri kaçtır?

  1. veya .
  2. aralık dışındadır; aralık içindeki kritik nokta yalnız .
  3. Uç noktalar ve kritik nokta karşılaştırılır: , , .
  4. En küçük değer 'te oluşur: .
Sonuç: En küçük değer ().
Örnek
Soru

Hacmi olan, üstü ve altı kapalı (tam kapalı) silindir biçimli bir kabın toplam yüzey alanı en az olacak şekilde taban yarıçapı kaç cm olmalıdır?

  1. Hacim kısıtı: .
  2. Tam kapalı yüzey: iki taban artı yan yüz: .
  3. .
  4. olduğundan minimumdur.
Sonuç: .
Örnek
Soru

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.)

  1. Birinci bölgedeki köşe ile , .
  2. Dikdörtgenin kenarları ve olduğundan alan .
  3. Hesabı kolaylaştırmak için . .
  4. için . Alan .
Sonuç: En büyük alan birim kare (kenarları olan kare).
Örnek
Soru

Bir ürünün adet üretildiğinde toplam maliyeti TL'dir. Birim başına ortalama maliyeti en küçük yapan üretim miktarı kaçtır?

  1. Ortalama maliyet , .
  2. (pozitif kök).
  3. olduğundan minimumdur.
  4. En küçük ortalama maliyet TL.
Sonuç: adet (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.

Soru 1Orta
Bir peyzaj firması, bir kenarı , komşu kenarı metre olan dikdörtgen biçimli bir bahçeyi çevirecektir. Bahçenin alanı olacaktır. Uzunluğu olan iki karşılıklı kenar metresi TL'ye, uzunluğu olan iki karşılıklı kenar ise metresi TL'ye çitle çevrilecektir. Firma, toplam çit maliyetini en küçük yapacak boyutları seçmektedir. Buna göre en küçük toplam çit maliyeti kaç TL'dir?
  1. **Kısıt:** Alan .
  2. **Maliyet:** kenarı iki adet (), kenarı iki adet (): $$
  3. **Türev sıfır:** .
  4. **Doğrula:** olduğundan bir **minimumdur**. Bu durumda .
  5. **Maliyet:** TL.
Sonuç: TL
Soru 2Zor
Bir ambalaj atölyesinde, kenarları ve olan dikdörtgen bir mukavvanın dört köşesinden boyutunda birer kare kesilip kenarlar yukarı katlanarak üstü açık bir kutu yapılıyor. Atölye, kutunun hacmini en büyük yapan değerini seçmektedir. Buna göre yapılan kutunun en büyük hacmi kaç 'tür?
  1. **Boyutlar:** Katlamadan sonra yükseklik , taban kenarları ve olur; taban pozitif olmalı: .
  2. **Hacim:** .
  3. **Türev sıfır:** veya .
  4. **Eleme:** tanım aralığı dışındadır (); geçerli aday .
  5. **Doğrula:** işareti 'de 'dan 'ye döner, dolayısıyla maksimumdur. .
Sonuç:
Soru 3Orta
Bir apart otelin odası vardır. Aylık kira TL olduğunda bütün odalar doludur. İşletme, kirayı her TL artırdığında ortalama olarak oda boş kalmaktadır. İşletme, aylık toplam kira gelirini en büyük yapacak kirayı belirlemek istemektedir. Buna göre elde edilebilecek en büyük aylık toplam kira geliri kaç TL'dir?
  1. **Değişken:** Kira TL'lik artış yapılsın. Kira , dolu oda sayısı olur ().
  2. **Gelir:** .
  3. **Düzenleme:** .
  4. **Türev sıfır:** .
  5. **Doğrula:** olduğundan bir **maksimumdur**. Kira TL, dolu oda . Gelir TL.
Sonuç: TL
Soru 4Orta
Hacmi birim küp olan, tabanı kare ve üstü açık dikdörtgenler prizması biçimli bir kutunun toplam yüzey alanı (taban + dört yan yüz) en küçük olacaktır. Taban kenarı ile gösterilsin. Buna göre yüzey alanını en küçük yapan değeri kaçtır?
  1. **Kısıt:** Taban kare , yükseklik ; hacim .
  2. **Yüzey (üstü açık):** taban + dört yan yüz : .
  3. **Türev sıfır:** .
  4. **Doğrula:** olduğundan bir **minimumdur**.
Sonuç:
Soru 5Orta
Bir cisim noktasından harekete başlayıp ekseni üzerindeki noktasına, oradan da noktasına gidecektir. Yol, ile arası ve ile arası uzunlukların **karelerinin toplamını** () en küçük yapacak biçimde seçilmektedir. Buna göre noktasının apsisi kaçtır?
  1. Uzaklık kareleri: ve .
  2. Toplam: .
  3. Türev sıfır: .
  4. olduğundan bir **minimumdur**.
Sonuç:
Soru 6Orta
parabolü ile ekseni arasında, tabanı ekseni üzerinde ve üst köşeleri parabol üzerinde olan, eksenine göre simetrik bir dikdörtgen çiziliyor. Birinci bölgedeki üst köşe ile gösteriliyor. Bu dikdörtgenin alanı en çok kaç birim karedir?
  1. Dikdörtgenin tabanı , yüksekliği (). Alan .
  2. Türev sıfır: .
  3. olduğundan maksimumdur. Yükseklik .
  4. Alan .
Sonuç:
0/6 soru cevaplandı

Sık Yapılan Hatalar

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.