Matematyka
Średni — liceum i technikum
Zakres materiału: podstawowy i rozszerzenie
Wstęp do analizy matematycznej
Optymalizacja
Optymalizacja szuka największej lub najmniejszej wartości przy narzuconych warunkach. Najtrudniejszy etap to zapis jednej funkcji i jej dziedziny. Rachunek wierzchołka lub pochodnej ma sens dopiero po zbudowaniu poprawnego modelu.
Najważniejsze w skrócie
- Dla a<0 funkcja kwadratowa ma maksimum
- Model → dziedzina → kandydaci → sprawdzenie → odpowiedź.
Co warto wiedzieć na początek
Przydatne pojęcia i umiejętności
- Funkcja kwadratowa; w rozszerzeniu pochodne.
Po tej lekcji
- Zapisz cel w jednej zmiennej
- Sprawdź znak pochodnej i końce dziedziny
Zapisz cel w jednej zmiennej
Zakres: Podstawowy
Warunek, np.stały obwód, pozwala wyrazić drugi bok przez pierwszy. Dla prostokąta o obwodzie20 boki to x i10−x, więc pole P=x(10−x), a dziedzina0<x<10.
Dla a<0 funkcja kwadratowa ma maksimum
Parabola skierowana w dół osiąga szczyt w wierzchołku.
Kiedy stosujemy: Wierzchołek musi należeć do dziedziny z treści.
Przykłady zastosowania
- P=−x2+10x ma maksimum25 dla x=5.
Źródła: [2].
Sprawdź znak pochodnej i końce dziedziny
Zakres: Rozszerzenie
Pochodna zerowa dostarcza kandydatów. Aby potwierdzić optimum, zbadaj zmianę znaku lub porównaj wszystkie wartości i granice. Odpowiedź podaj w wielkościach zadania, nie tylko jako wartość pomocniczej zmiennej.
Model → dziedzina → kandydaci → sprawdzenie → odpowiedź.
Ograniczenia mogą odrzucić algebraicznego kandydata.
Kiedy stosujemy: Na przedziale otwartym kres wartości nie zawsze jest osiągany.
Przykłady zastosowania
- Minimalizując dla x>0, otrzymujemy x=2.
Źródła: [2].
Omówione przykłady krok po kroku
1. Największe pole
Zakres: Podstawowy
Pytanie lub sytuacja: Prostokąt ma obwód20. Jakie boki dają największe pole?
Jak podejść do zadania: Zbuduj funkcję kwadratową.
- Boki:x i10−x,0<x<10.
- P=−x2+10x=25−(x−5)2.
- Maksimum25 dla x=5.
Odpowiedź: Boki5 i5; pole25.
Sprawdzenie i interpretacja: Kwadratowy składnik jest nieujemny, więc pole nie przekracza25.
2. Stała suma
Zakres: Podstawowy
Pytanie lub sytuacja: Dwie nieujemne liczby mają sumę12. Znajdź największy iloczyn.
Jak podejść do zadania: Wyraź drugą liczbę przez pierwszą.
- Druga to12−x,0≤x≤12.
- Iloczyn=36−(x−6)2.
- Największa wartość36 dla x=6.
Odpowiedź: 6 i6; iloczyn36.
Sprawdzenie i interpretacja: (x−6)2≥0.
3. Model przychodu
Zakres: Podstawowy
Pytanie lub sytuacja: Cena x zł daje sprzedaż100−2x sztuk,0≤x≤50. Jaką cenę wybrać dla największego przychodu?
Jak podejść do zadania: Pomnóż cenę przez liczbę sztuk.
- R=x(100−2x)=−2x2+100x.
- Wierzchołek
- Sprzedaż50 sztuk; przychód1250 zł.
Odpowiedź: 25 zł; przychód1250 zł.
Sprawdzenie i interpretacja: R=1250−2(x−25)2≤1250.
4. Minimum z odwrotnością
Zakres: Rozszerzenie
Pytanie lub sytuacja: Znajdź minimum dla x>0.
Jak podejść do zadania: Zbadaj pochodną.
- Zero w dziedzinie:x=2.
- Znak zmienia się z−na+, więc minimum f(2)=4.
Odpowiedź: Minimum4 dla x=2.
Sprawdzenie i interpretacja:
5. Pudełko bez pokrywy
Zakres: Rozszerzenie
Pytanie lub sytuacja: Z kwadratu12×12 wycina się narożniki x×x i składa pudełko. Znajdź x dające największą objętość.
Jak podejść do zadania: Uwzględnij wysokość i oba boki dna.
- V=x(12−2x)2,0<x<6.
- V′=(12−2x)(12−6x).
- W dziedzinie znak przechodzi z+na− przy x=2; V(2)=128.
Odpowiedź: x=2; wymiary8×8×2; objętość128.
Sprawdzenie i interpretacja: Przy krańcach0 i6 objętość dąży do0.
6. Najmniejszy materiał
Zakres: Rozszerzenie
Pytanie lub sytuacja: Zamknięty walec ma objętość16π. Znajdź r,H minimalizujące pole.
Jak podejść do zadania: Wyraź H przez r.
- P′=0 daje r3=8,r=2; znak−potem+; H=4.
Odpowiedź: r=2,H=4; minimalne pole24π.
Sprawdzenie i interpretacja: Dla r→0+ lub∞ pole rośnie bez ograniczeń, więc znalezione minimum jest globalne.
Typowe błędy i poprawne rozumowanie
Błędne rozumowanie: Rozwiązanie f′=0 kończy optymalizację.
Dlaczego to błąd: Nie potwierdzono rodzaju punktu ani warunków.
Poprawnie: Sprawdź dziedzinę, znak i granice.
Błędne rozumowanie: Dla pudełka V=x(12−x)2.
Dlaczego to błąd: Z każdego boku usunięto po dwa narożniki.
Poprawnie: Dno ma boki12−2x.
Podsumowanie — zapamiętaj
- Parabola skierowana w dół osiąga szczyt w wierzchołku.
- Ograniczenia mogą odrzucić algebraicznego kandydata.
Sprawdź wiedzę w ćwiczeniach
Źródła i dalsza nauka
Data sprawdzenia materiału: 23.10.2026.
- ZPE: Matematyka — liceum i technikum
Zakres źródła: Treści nauczania w zakresie podstawowym i rozszerzonym
- CKE: Ciągi i pochodna funkcji
Zakres źródła: Rozdziały 8 i 16: granice ciągów, reguły różniczkowania, monotoniczność i ekstrema
- ZPE: Granica funkcji w punkcie według Heinego
Zakres źródła: Znaczenie granicy, jej niezależność od wartości w punkcie i brak granicy
- ZPE: Jak obliczyć granicę niewłaściwą funkcji w punkcie?
Zakres źródła: Granice nieskończone i zachowanie w sąsiedztwie punktu
- ZPE: Pochodna funkcji złożonej
Zakres źródła: Reguła łańcuchowa i pochodna funkcji wewnętrznej
