Найдите точку минимума функции $y=2{x}^{\frac{3}{2}}-21x+16.$
Ответ: 49
Решение
Шаг 1. Разбираемся, что нужно найти.
Нужно найти такое значение x, при переходе через которое функция меняет убывание на возрастание: сначала y становится меньше, затем больше.
Это x и называется точкой минимума в формулировке задачи. Найти его поможет производная: её положительный знак означает возрастание, отрицательный — убывание.
Шаг 2. Проверяем, при каких x формула имеет смысл.
Дробная степень с показателем 3/2 означает произведение x и квадратного корня из x:
$$x^{3/2}=x\sqrt x$$
Квадратный корень существует при неотрицательном подкоренном выражении:
$$x\ge0$$
Шаг 3. Находим производную и объясняем её роль.
Производная показывает направление изменения функции. Мы ищем участки роста и убывания, чтобы обоснованно выбрать нужную точку.
Дифференцируем каждое слагаемое отдельно. Производная суммы равна сумме производных; постоянный множитель сохраняется.
Число $16$ не зависит от x, поэтому его производная равна нулю.
$$(16)^{\prime}=0$$
Для степени используем правило $(x^n)^{\prime}=n x^{n-1}$. Коэффициент перед степенью умножаем на показатель:
$$(- 21 x)^{\prime}=(-21)\cdot(1)\cdot x^{0}=-21$$
Для степени используем правило $(x^n)^{\prime}=n x^{n-1}$. Коэффициент перед степенью умножаем на показатель:
$$(2 x^{\frac{3}{2}})^{\prime}=(2)\cdot(\frac{3}{2})\cdot x^{\frac{1}{2}}=3 \sqrt{x}$$
Складываем найденные производные:
$$y^{\prime}=3 \sqrt{x} - 21$$
Шаг 4. Находим места, где производная может поменять знак.
Внутри области определения производная этой функции непрерывна. Она может поменять знак при прохождении через ноль. Поэтому решим уравнение:
$$3 \sqrt{x} - 21=0$$
Неизвестное здесь находится под корнем. Сначала перенесём постоянное слагаемое в другую часть, изменив его знак:
$$3\sqrt x=21$$
Делим обе части на коэффициент перед квадратным корнем:
$$\sqrt x=\frac{21}{3}=7$$
Правая часть неотрицательна. Возводим обе части в квадрат, чтобы убрать корень:
$$x=(7)^2=49$$
Шаг 5. Проверяем знаки производной и направление изменения функции.
Между найденными нулями и границами области производная не обращается в ноль и не имеет разрывов. Поэтому её знак постоянен на каждом таком промежутке. Проверим его подстановкой одного числа.
Для промежутка $(0;49)$ возьмём $x=\frac{49}{2}$. Подставляем его в производную:
$$y^{\prime}(\frac{49}{2})=3 \sqrt{\left(\frac{49}{2}\right)} - 21$$
Показатель 1/2 означает квадратный корень: выбираем неотрицательное число, квадрат которого равен основанию.
$$\sqrt{\frac{49}{2}}=\frac{7 \sqrt{2}}{2}$$
Выполняем умножение; при умножении на дробь сокращаем одинаковые множители числителя и знаменателя.
$$3 \frac{7 \sqrt{2}}{2}=\frac{21 \sqrt{2}}{2}$$
$$y^{\prime}(\frac{49}{2})=-21 + \frac{21 \sqrt{2}}{2}<0$$
Здесь функция убывает: при увеличении x значение y уменьшается.
Для промежутка $(49;\infty)$ возьмём $x=50$. Подставляем его в производную:
$$y^{\prime}(50)=3 \sqrt{\left(50\right)} - 21$$
Показатель 1/2 означает квадратный корень: выбираем неотрицательное число, квадрат которого равен основанию.
$$\sqrt{50}=5 \sqrt{2}$$
Выполняем умножение; при умножении на дробь сокращаем одинаковые множители числителя и знаменателя.
$$3 \cdot 5 \sqrt{2}=15 \sqrt{2}$$
$$y^{\prime}(50)=-21 + 15 \sqrt{2}>0$$
Здесь функция возрастает: при увеличении x значение y увеличивается.
Шаг 6. Отвечаем на вопрос.
При прохождении через $x=49$ производная меняет минус на плюс. Слева функция убывает, справа растёт, поэтому это нужная точка минимума.
В этой задаче спрашивается значение x. Поэтому в ответ записываем:
$$x=49$$
Ответ: $49$.