Suorakulmion muotoisen pelikentän pinta-alaksi halutaan 600 neliömetriä. Pelikenttä reunustetaan asfaltoimalla sivut kahden metrin leveydeltä ja päädyt kolmen metrin leveydeltä. Millä pelikentän mitoilla asfaltoitava alue on pienin?
Näyttää siltä ettei pitäisi olla vaikea, mutta jotakin en nyt tajua.
Näyttää siltä ettei pitäisi olla vaikea, mutta jotakin en nyt tajua.
Vastaukset 14
Vanhimmat
1. Oletko piirtänyt kuvan?
2. Oletko merkinnyt jotain kentän mittaa muuttujalla?
3. Ilmaissut muut mitat tämän avulla, tietoa kentän alasta apuna käyttäen.
4. Saanut funktion reunuksen alalle valitun muuttujan suhteen jota sitten lähdetään minimoimaan.
Onko siis jokaisesta päätyrajan pisteestä oltava 3 m päällystettä kentältä ulospäin?
Valitse kentän pituudeksi 30 m ja leveydeksi 20 m. Asfaltoitava alue on 240 m2 oletaen, ettei nurkkia asfaltoida. Ei merkitystä, sillä nurkat ovat aina 4*2*3 = 24 m2.
Jos x on kentän pituus, niin leveys on 600/x ja asfaltin pinta-ala on
A = 2*x*2 2*(600/x)*3.
Mikä on vaikeaa?
Mitenkähän pallinaama voit valita jotain semmosta, mitä kysytään? Tosiaankin liian vaikeaa tuommoselle.
Hahmottele A(x) kuvaaja. Toteat, että sillä on minimi. Minimin tarkan sijainnin saat selville määrittämällä A:n derivaatan dA/dx ja vaatimalla sen nollaksi.
Voi käyttää myös AM-GM epäyhtälöä
4x 3600/x >= 2 * sqrt(4x*3600/x) = 2*120 = 240
ja yhtäsuuruus saavutetaan kun 4x ja 3600/x yhtäsuuret eli x = 30.
Jos ei osaa derivoida (tai edes muodostaa yhtälöä), niin kyllä ihan maalaisjärjelläkin löytää lähes minimin ihan vaan muutamalla kokeilulla. Aloittaa vaikka lähes neliöstä 25 m x 24 m.
Ei ole myöskään kiellettyä hakea ensin vastauksen likiarvoa vaikka yhden rivin ohjelmapätkällä ja selvittää käppyrän kulkua ja jatkuvuuksia ja nollakohtien lukumääriä yms. Pituus on suurempi kuin leveys.
for x in range(25,50): print(x, x*2*2 2*3*600.0/x)
Aina oppii jotain, jos edes yrittää jotain. Aina voi tarkentaa.
Niin, miten apina voi valita pelikentän mitat, kun niitä kysytään? Sitten vielä lerppahuulet törröllään kyselee, että mikä on vaikeata.
Ei ole pätevä lasku. Ei AM-GM - epäyhtälössä tuo yhtäsuuruus välttämättä anna pienintä arvoa. Tuon epäyhtälön vasemmalla ja oikealla puolella on kyllä tuolloin sama arvo, mutta ei se välttämättä ole pienin arvo jonka vasen puoli voi saada.
Kyllähän on, koska epäyhtälö on voimassa kaikilla arvoilla ja jos jollain arvolla on yhtäsuuruus niin tuo arvo on silloin minimikohta.
Vielä selvemmin:
f(x) >= 240 kaikilla x>0
ja
f(30) = 240.
Niinpä. Tuo oikea puolihan ei enää riippunut x:stä.
Derivoimatta pääsee myös huomaamalla, että yhtälöllä y = 4x 3600/x on ratkaisu ainoastaan, kun yhtälöllä 4x^2 - yx 3600 = 0 on ratkaisu. Toisen asteen ratkaisukaavan perusteella tämä tapahtuu vain, kun y^2-16*3600 >= 0. Pienin mahdollinen positiivinen y on siten sqrt(16*3600) = 240, jolloin oikea mitta saadaan yhtälön 4x^2 - 240x 3600 = 0 ratkaisuna (x = 30).
Tietysti AM-GM on nopein ratkaisutapa, ja derivaatan sotkeminen tehtävään on tarpeetonta.
Olettaisin kyllä että tehtävä on annettu opiskelijalle nimenomaan harjoittamaan ääriarvojen löytämistä. Näin ollen tuo derivointi ei suinkaan ole "sotkemista" vaan melkoisen yleispätevä tapa löytää ääriarvoja. Ei sekään tietysti aina toimi.
Sen sijaaan tuo epäyhtälön käyttö, niin nokkelaa kuin se tässä onkin, on erikoiskikka, joka ei kovin monasti sovellu funktion ääriarvojen löytämiseen.
Joskus oli sellainen tehtävä että miten shakkilaudalle asetellaan kuningattaria jotka eivät uhkaa toisiaan ne...
Minä otin heti jo tietokoneen käyttöön ja grafiikkamuistin, piirsin ruudulle niitä kuningattarien tekemiä uhkausviivoja ja nopeasti ylivoimaisesti nopein ratkaisu kun käytin apuvälinettä eli tietokonetta ja niin vielä näytönohjaintakin :D