Examkin

Soru

Zorluk: ZorMaksimum ve Minimum Problemleri

Dik koordinat düzleminde, y=x2+1y = x^2 + 1 parabolü üzerindeki bir P(x,y)P(x, y) noktasının A(3,1)A(3, 1) noktasına olan uzaklığı en küçük değerini almaktadır. Buna göre, PP noktasının koordinatları toplamı kaçtır?

Cevap: 3

Cevap

En yakın noktanın koordinatları toplamı 3'tür.
Uzaklık fonksiyonunun karesi olan f(x)=x4+x2−6x+9f(x) = x^4 + x^2 - 6x + 9 ifadesinin türevi alınıp sıfıra eşitlendiğinde elde edilen 2x3+x−3=02x^3 + x - 3 = 0 denkleminin tek gerçel kökü olan x=1x=1 değeri, parabol üzerindeki en yakın noktanın apsisidir. Bu değer parabol denkleminde yerine yazıldığında ordinat y=2y=2 bulunur ve bu koordinatların toplamı 3'tür.

Adım Adım Çözüm

1
Parabol üzerindeki herhangi bir PP noktasını temsil eden koordinatları belirleme ve bu noktanın A(3,1)A(3, 1) noktasına olan uzaklık fonksiyonunu kurma.
P(x,x2+1)P(x, x^2 + 1) noktası için uzaklığın karesini veren fonksiyon: f(x)=(x−3)2+(x2+1−1)2=x4+x2−6x+9f(x) = (x - 3)^2 + (x^2 + 1 - 1)^2 = x^4 + x^2 - 6x + 9
Uzaklığı minimize etmek için öncelikle uzaklık (veya kolaylık olması açısından uzaklığın karesi) fonksiyonunun tek değişkene bağlı ifadesini elde etmeliyiz.
2
Uzaklık fonksiyonunun türevini alarak kritik noktayı bulma.
f′(x)=4x3+2x−6=0  ⟹  2x3+x−3=0f'(x) = 4x^3 + 2x - 6 = 0 \implies 2x^3 + x - 3 = 0
Fonksiyonun yerel ekstremum (minimum) değerlerini bulmak için birinci türevinin sıfır olduğu noktaları belirlemeliyiz.
3
2x3+x−3=02x^3 + x - 3 = 0 denkleminin kökünü bulma ve tekliğini inceleme.
x=1x = 1 denklemin köküdür. g(x)=2x3+x−3g(x) = 2x^3 + x - 3 fonksiyonunun türevi g′(x)=6x2+1>0g'(x) = 6x^2 + 1 > 0 olduğundan fonksiyon daima artandır ve başka gerçel kökü yoktur.
Türevin sıfır olduğu tek gerçel noktanın x=1x = 1 olduğunu doğrulamak için.
4
En yakın noktanın koordinatlarını bulma ve koordinatlar toplamını hesaplama.
x=1x = 1 için y=12+1=2y = 1^2 + 1 = 2 olur. Nokta P(1,2)P(1, 2)'dir. Koordinatlar toplamı 1+2=31 + 2 = 3 bulunur.
Soruda bizden istenen en yakın noktanın koordinatları toplamını elde etmek için.

Anahtar Kavram

Türev yardımıyla maksimum ve minimum problemlerinin çözümü ve geometrik optimizasyon.

Alternatif Yöntem

Geometrik olarak, parabol üzerindeki en yakın PP noktasından çizilen normal doğrusu (teğete dik olan doğru) A(3,1)A(3, 1) noktasından geçmek zorundadır. P(x0,x02+1)P(x_0, x_0^2 + 1) noktasındaki teğetin eğimi mt=2x0m_t = 2x_0 olduğundan, normalin eğimi mn=−12x0m_n = -\frac{1}{2x_0} olur. Normal doğrusunun denklemi y−(x02+1)=−12x0(x−x0)y - (x_0^2 + 1) = -\frac{1}{2x_0}(x - x_0) şeklindedir. Bu doğrunun A(3,1)A(3, 1) noktasından geçmesi gerektiğinden 1−x02−1=−12x0(3−x0)1 - x_0^2 - 1 = -\frac{1}{2x_0}(3 - x_0) yazılır ve düzenlendiğinde 2x03+x0−3=02x_0^3 + x_0 - 3 = 0 elde edilir. Buradan en yakın noktanın apsisi yine x0=1x_0 = 1 olarak bulunur.
Tahmini Süre:2m 30s
Bu soruyu puanla

Konular

Maksimum ve Minimum Problemleri

Bu konudan daha fazla soru