Задание 12. Наименьшее и наибольшее значение функции. ЕГЭ 2027 по математике профильного уровня
Средний процент выполнения: 80%
Ответом к заданию 12 по математике (профильной) может быть целое число или конечная десятичная дробь.
Алгоритм решения задания 12:
Прочитать условие и определить, какую функцию и на каком промежутке требуется исследовать.
Найти область допустимых значений функции, если она не задана явно.
Вычислить производную функции.
Найти критические точки: точки, где производная равна нулю или не существует.
Отобрать из критических точек те, которые принадлежат рассматриваемому промежутку.
Определить значения функции в критических точках и на концах промежутка (если они включены).
Сравнить полученные значения и установить наибольшее и/или наименьшее.
Сформулировать ответ в соответствии с вопросом задачи.
Подпишись на суперполезные материалы
Задачи для практики
Задача 1
Найдите наименьшее значение функции $y={2} / {3}x√ {x}-6x+2$ на отрезке $[28; 36]$.
Решение
Функция $y(x)$ определена, непрерывна и дифференцируема на промежутке $[28; 36]$. $y'={2} / {3}⋅{3} / {2}√ {x}-6=√ {x}-6$. $y'=0$ при $x=36$.Так как $y'<0$ на промежутке $[28; 36]$, то функция $y={2} / {3} x√ {x}-6x+2$ является убывающей, следовательно, наименьшее значение принимает в правом конце отрезка $[28; 36]$. $y(36)={2} / {3}⋅ 36⋅√ {36}-6⋅36+2=144-216+2=-70$.
Задача 2
Найдите точку максимума функции $y=x^3-8x^2+13x+4$.
Решение
$y'=3x^2-16x+13$. Находим стационарные точки из условия $y'=0$: $3x^2-16x+13=0$, откуда $x=1$, $x={13} / {3}$. Производная меняет знак с плюса на минус в точке $x=1$, значит, эта точка является точкой максимума (см. рис. $$).
Задача 3
Найдите точку максимума функции $y=\ln(x+6)-4x+11$.
Решение
Область определения функции $(-6; +∞)$. $y'={1} / {x+6}-4={-4x-23} / {x+6}$. $y'=0$ при $-4x-23=0$, $x=-5{,}75$. $-5{,}75∈(-6; +∞)$. При переходе через точку $x=-5{,}75$ производная меняет знак с плюса на минус, значит, $x=-5{,}75$ — точка максимума (см. рис. ).
Задача 4
Найдите точку минимума функции $y=(4x^2-48x+48)e^{x-48}$.
Решение
$y'=(8x-48)e^{x-48}+(4x^2-48x+48)e^{x-48}=(4x^2-40x)e^{x-48} =4x(x-10)e^{x-48}$. $y'=0$ при $x=0$, $x=10$.
Задача 5
Найдите точку максимума функции $y=3^{9x-x^2}$.
Решение
В силу возрастания функции $y=3^t$ точки максимума функций $y=3^{9x-x^2}$ и $y=9x-x^2$ совпадают. Точка максимума функции $y=9x-x^2$ — это абсцисса вершины параболы, ветви которой направлены вниз, то есть ${-9} / {-2}=4{,}5$. Значит, $x=4{,}5$ — точка максимума функции $y=3^{9x-x^2}$.
Задача 6
Найдите точку минимума функции $y=(5-x)e^{5-x}$.
Решение
$y'=-e^{5-x}-(5-x)e^{5-x}=e^{5-x}(-1-5+x)=(x-6)e^{5-x}$. $y'=0$ при $x=6$, $y'<0$ при $x<6$, $y'>0$ при $x>6$. При переходе через точку $x=6$ производная меняет знак с минуса на плюс, следовательно, $x=6$ — точка минимума функции.
Задача 7
Найдите точку максимума функции $y=(5x-7)\cos x-5\sin x+3$, принадлежащую промежутку $(0;{π} / {2})$.
Решение
$y'=5\cos x-(5x-7)\sin x-5\cos x=-(5x-7)\sin x$. $y'=0$ при $x=1{,}4∈(0; {π} / {2})$ ($\sin x≠0$ на заданном промежутке). При переходе через точку $x=1{,}4$ производная меняет знак с плюса на минус, следовательно, $x=1{,}4$ — точка максимума (см. рис. $$).
Задача 8
Найдите точку максимума функции $y=\log_3(12-x^2-4x)+10$.
Решение
Функция определена для всех значений переменной $x$, при которых выражение, стоящее под знаком логарифма, положительно. Решая неравенство $12-x^2-4x>0$, находим область определения функции $y=\log_3(12-x^2-4x)+10$:
$x^2+4x-12<0$, $(x+6)(x-2)<0$, откуда $-6
Задача 9
Найдите точку максимума функции $y={x^2+4} / {x}$.
Решение
$y=-y={x^2+4} / {x}$
Воспользуемся правилом дифференцирования частного: $(f/g)'={f'·g-f·g'}/{g^2}$
$y'={2x·x-(x^2+4)·1}/{x^2}={x^2-4}/{x^2}$
$y'=0; {x^2-4}/{x^2}=0$
$x^2-4=0$
$x^2=4$
$x_1=2, x_2=-2, x≠0$
$x_{max}=-2$
Задача 10
Найдите наибольшее значение функции $y=√ {20-8x-x^2}$.
Решение
Заметим, что подкоренное выражение это парабола ветвями вниз (так как перед $x^2$ стоит знак минус). Наибольшее значение в данном случае получается в вершине параболы. Найдем абсциссу вершины параболы $x=-b/2a=-4$. Наибольшее значение арифметический корень принимает при наибольшем значении подкоренного выражения, значит, наибольшее значение функции $y(-4)=√ {20-8x-x^2} = √ {36}=6$.
Задача 11
Найдите точку максимума функции $y=(x-3)^2(x-4)+11$.
Решение
$y'=2(x-3)(x-4)+(x-3)^2=(x-3)(2x-8+x-3)= (x-3)(3x-11)$. $y'=0$ при $x=3$ и $x={11} / {3}$.
Задача 12
Найдите наибольшее значение функции $y=(4-x)e^{x-3}$ на отрезке $[1; 9]$.
Решение
$y'=-e^{x-3}+(4-x)e^{x-3}=e^{x-3}(-1+4-x)=(3-x)e^{x-3}$. $y'=0$ при $x=3$. Знак производной $y'$ совпадает со знаком выражения $3-x$. Наибольшее значение на отрезке $[1; 9]$ функция принимает в точке максимума, то есть при $x=3$ (см. рис. ). $y(3)=(4-3)e^{3-3}=1$.
Задача 13
Найдите точку минимума функции $y={x-8} / {x^2+225}$.
Решение
Заметим, что заданная функция определена и дифференцируема при любом значении $x$. Найдём стационарные точки и выберем ту из них, при переходе через которую, производная меняет знак с "минуса" на "плюс".
1. Находим $y′$, пользуясь формулой производной частного двух функций и правилом дифференцирования степенной функции:
$y′ = {(x-8)′·(x^2+225)-(x^2+225)′·(x-8)}/{(x^2+225)^2}$.
$y′ = {x^2+225-2x·(x-8)}/{(x^2+225)^2}={x^2+225-2x^2+16x}/{(x^2+225)^2}$.
$y′ = {-x^2+16x+225}/{(x^2+225)^2}$.
2. Решаем уравнение $y′ = 0, -x^2 + 16x+225 = 0, x^2-16x-225=0, x_{1,2} = 8±√{64+225}=8±√{289}=8±17, x_1=-9, x_2=25$. Получаем две стационарные точки.
3. Знак производной совпадает со знаком квадратного трёхчлена $-x^2 +16x+225$. Графиком этого трёхчлена является парабола, ветви которой направлены вниз и корнями являются числа $-9$ и $25$.
Поэтому на промежутке $(-∞;-9)$ производная меньше нуля, на промежутке $(-9; 25)$ она больше нуля и на промежутке $(25;+∞)$ меньше нуля.
| (-∞;-9) | -9 | (-9; 25) | 25 | (25;+∞) | |
| y′ | - | + | - | ||
| y | ↘ | 0 | ↗ | 0 | ↘ |
Тем самым производная меняет знак с "минуса" на "плюс" при переходе через точку $x = -9$, которая и будет точкой минимума.
Задача 14
Найдите точку максимума функции $y=x^2-11x-17+15\ln x$.
Решение
Областью определения функции является промежуток $(0; +∞)$, на котором она дифференцируема. Найдём стационарные точки и выберем ту из них, при переходе через которую, производная меняет знак с "плюса" на "минус".
1. Находим $y′$, пользуясь правилами дифференцирования и формулами производной логарифмической и степенной функций.
$y′ = 2x − 11 + {15}/{x} = {2x^2-11x+15}/{x}, y′ = {2x^2-11x+15}/{x}$.
2. Решаем уравнение $y′ = 0; 2x^2- 11x +15 = 0. x_{1,2} = {11 ± √{121 - 120}}/{4} = {11 ± 1}/{4}. x_1 = 2.5, x_2 = 3$. Получаем две стационарные точки.
3. Знак производной совпадает со знаком квадратного трёхчлена $2x^2 -11x+15$. Графиком этого трёхчлена является парабола, ветви которой направлены вверх и корнями являются числа $x_1=2.5$ и $x_2=3$.
Поэтому при $x < 2.5$ производная имеет знак «плюс», знак «минус» при $2.5 < x < 3$, и знак «плюс» при $x > 3$.
| (0;2.5) | 2.5 | (2.5; 3) | 3 | (3;+∞) | |
| y′ | + | 0 | - | 0 | + |
| y | ↗ | ↘ | ↗ |
При переходе через точку $2.5$ производная меняет знак с «плюса» на «минус». Поэтому эта точка и будет точкой максимума.
Задача 15
Найдите наибольшее значение функции $y=√ {-2\log_{0{,}5} (5x+1)}$ на отрезке $[12{,}6;51]$.
Решение
Найдём без применения производной, какие значения принимает функция на отрезке $[12.6; 51]$ и выберем из них наибольшее.
1. Пусть $x$ – произвольное число из отрезка $[12.6; 51]$. Тогда $12.6 ≤ x ≤ 51$. Отсюда по свойствам неравенств получаем: $63 ≤ 5x ≤ 255, 64 ≤ 5x + 1 ≤ 256$.
2. Из предыдущего неравенства, по свойству логарифмов с основанием $0.5$, меньшим $1$, получаем $log_{0.5} 64 ≥ log_{0.5}(5x + 1) ≥ log_{0.5}256$. Но, $log_{0.5}64 = log_{{1}/{2}}64 = log_{{1}/{2}}2^6 = log_{{1}/{2}}(({1}/{2})^{-1})^6 = log_{{1}/{2}}({1}/{2})^{-6} = -6$.
Аналогично, $log_{0.5}256 = -8$. Поэтому $-8 ≤ log_{0.5}(5x + 1) ≤ -6, 6 ≤- log_{0.5}(5x + 1) ≤ 8, 12 ≤ -2 log_{0.5}(5x + 1) ≤ 16$.
Теперь, по свойству квадратного корня получаем, $√12 ≤ √{-2log_{0.5}(5x + 1)} ≤ √{16} = 4$.
Но $√{-2 log_{0.5}(5x + 1)} = y$, поэтому $√{12} ≤ y ≤ 4$.
3. Таким образом, функция определена на всём отрезке $[12.6; 51]$ наибольшим значением является $4$ и получается это значение при $x = 51$.
Задача 16
Найдите наибольшее значение функции $y=√ {240-8x-x^2}$ на отрезке $[-18;10]$.
Решение
Преобразуем подкоренное выражение: $240-8x-x^2 = -(x^2+8x-240) = -((x+4)^2-16-240) = 256-(x+4)^2$. Поэтому $y = √{256 - (x + 4)^2}$.
Так как $(x + 4)^2 ≥ 0$, то $y$ принимает наибольшее значение, если $(x + 4)^2 = 0$, то есть при $x = -4$. Точка $x = -4$ принадлежит заданному промежутку [-18; 10]. Это наибольшее значение равно $√{256} = 16$.
Задача 17
Найдите наименьшее значение функции $y={4x^2+256} / {x}$ на отрезке $[16;98]$.
Решение
Областью определения функции является множество $(-∞;0)∪ (0;+∞)$, в каждой точке которого функция дифференцируема
Промежуток $[16;98]$ содержится в области определения функции
1. Находим $y^′$, представив заданную функцию в виде $y=4x+{256} / {x}$
По правилам дифференцирования и по формуле производной степенной функции получаем: $y^′=4-{256} / {x^2}={4x^2-256} / {x^2}={4(x^2-64)} / {x^2}$, $y^′={4(x^2-64)} / {x^2}$
2. Решаем уравнение $ y^′=0 $, $ x^2-64=0 $, $ x_1=-8 $, $ x_2=8 $
Получаем две стационарные точки на множестве $(-∞;0)∪ (0;+∞)$, но ни одна из них не попадает на промежуток $[16;98]$. Значит, на заданном отрезке стационарных точек нет
3. Так как $x^2>0$ в области определения, то знак производной совпадает со знаком квадратного трёхчлена $ x^2-64 $. Поэтому $ y^′ >0 $ при $ x>8$, а функция $y={4x^2+256} / {x}$ на отрезке $[16;98]$ возрастает
Наименьшее значение она принимает в точке $x=16$
$y(16)=4⋅ 16+{256} / {16}=64+16=80$.
Задача 18
Найдите наибольшее значение функции $y={3x^2+243} / {x}$ на отрезке $[1;8]$.
Решение
Областью определения функции является множество $(-∞; 0) ∪ (0;+∞)$, в каждой точке которого функция дифференцируема.
1. Находим $y′$, представив заданную функцию в виде $y = 3x+{243}/{x}$. По правилам дифференцирования и формуле производной степенной функции получаем: $y′ = 3 - {243}/{x^2} = {3x^2 - 243}/{x^2} = {3(x^2 - 81)}/{x^2}$.
2. Решаем уравнение $y′ = 0, x^2 - 81 = 0, x_1 = -9, x_2 = 9$. Получаем две стационарные точки на множестве $(-∞; 0) ∪ (0;+∞)$, но ни одна из них не попадает на интервал $[1;8]$. Значит, на заданном промежутке стационарных точек нет.
3. Так как $x^2 > 0$ в области определения, то знак производной совпадает со знаком квадратного трёхчлена $x^2 -81$. Поэтому $y′ < 0$ при $1 < x < 8$, значит, функция $y = {3x^2 + 243}/{x}$ на отрезке $[1; 8]$ убывает.
Наибольшее значение она принимает в точке $x = 1$.
$y(1) = 3·1 + {243}/{1} = 3 + 243 = 246$.
Задача 19
Найдите наименьшее значение функции $y=-2\ln(x+3)^5+10x$ на отрезке $[-2{,}5 ;-1]$.
Решение
Областью определения функции является интервал $(-3; +∞)$, на котором она дифференцируема. Отрезок $[-2.5; -1]$ принадлежит области определения.
Отметим, что по свойству логарифмов $ln(x + 3)^5 = 5 ln(x + 3)$, поэтому заданная функция имеет вид $y = -10 ln(x + 3) + 10x$.
1. Находим $y′$, пользуясь правилами дифференцирования и формулами производной степенной и логарифмической функций:
$y′ = {-10}/{x+3} + 10 = {-10 + 10x + 30}/{x + 3} = {10 x + 20}/{x + 3} = {10(x + 2)}/{x + 3}, y′ = {10(x + 2)}/{x + 3}$.
2. Заметим, что $y′ = 0$ при $x = -2$. Получаем единственную стационарную точку. $-2 ∈ [-2.5; -1]$.
3. Так как $x + 3 > 0$ в области определения, то $y′ < 0$ при $-2.5 < x < -2, y′ > 0$ при $-2 < x < -1$. Производная меняет знак с «минуса» на «плюс» при переходе через точку $x = -2$. Следовательно, эта точка является точкой минимума и в ней функция достигает наименьшего значения.
$y(-2) = -10 ln(-2 + 3) + 10 · (-2) = -20$, так как $ln 1 = 0$.
Задача 20
Найдите точку минимума функции $y=x^2-21x+6+55\ln x$.
Решение
Областью определения функции является промежуток $(0; +∞)$, на котором она дифференцируема. Найдём стационарные точки и выберем ту из них, при переходе через которую, производная меняет знак с "минуса" на "плюс".
1. Находим $y′$, пользуясь правилами дифференцирования и формулами производной логарифмической и степенной функций.
$y′ = 2x − 21 + {55}/{x}, y′ = {2x^2-21x+55}/{x}$.
2. Решаем уравнение $y′ = 0; 2x^2 -21x +55 = 0. x_{1,2} = {21 ± √{441 - 440}}/{4} = {21 ± 1}/{4}. x_1 = 5, x_2 = 5.5$. Получаем две стационарные точки.
3. Знак производной совпадает со знаком квадратного трёхчлена $2x^2 -21x+55$. Графиком этого трёхчлена является парабола, ветви которой направлены вверх и корнями являются числа $x_1=5$ и $x_2=5.5$.
Поэтому при $x < 5$ производная имеет знак «плюс», знак «минус» при $5 < x < 5.5$, и знак «плюс» при $x > 5.5$.
| (0;5) | 5 | (5; 5.5) | 5.5 | (5.5;+∞) | |
| y′ | + | 0 | - | 0 | + |
| y | ↗ | ↘ | ↗ |
При переходе через точку $5.5$ производная меняет знак с «минуса» на «плюс». Поэтому эта точка и будет точкой минимума.
Рекомендуемые курсы подготовки
✅ Сможешь увеличить свой результат с нуля на 40 баллов, решишь 100+ прототипов
✅ Изучишь основные темы по профильной математике, узнаешь лайфхаки и разберёшься в структуре всего экзамена
✅ Наработаешь твердую базу и заполнишь пробелы предыдущих лет
У тебя будет:
- 1 онлайн-вебинар по 1 часу в неделю.
- Домашка после каждого веба без дедлайна (делай, когда тебе удобно).
- Скрипты, конспекты, множество полезных материалов.
- Удобный личный кабинет: расписание вебов, домашки, твой прогресс и многое другое.
- Отдельная беседа в ТГ с сокурсниками и преподавателями.
на бесплатном курсе Турбо ЕГЭ