Clase 12 Soluciones RD Sharma – Capítulo 18 Máximos y mínimos – Ejercicio 18.5 | conjunto 3

Pregunta 31. Encuentra el punto de la parábola x 2 = 2y que está más cerca del punto (0, 5).

Solución:

x2 = 2y ……(yo)

Sea P(x, y) un punto en la curva dada, y 

Q sea el cuadrado de la distancia entre P y A( 0, 5 ). 

Q = x² + (y – 5) 2  ……..(ii)

= 2y + (y – 5) 2

Al diferenciar wrt y, obtenemos

dQ/dy = 2 + 2(y – 5)

Para máximos y mínimos,

Ponga dQ/dy = 0

⇒ 2 + 2y – 10 = 0

⇒ y = 4

Ahora,

Cuando y = 4, d 2 Q/dy 2 = 2 > 0

Entonces, y = 4 es el punto de mínimos locales

Ahora pon el valor de y en la ecuación (1), obtenemos

x = ±2√2

Entonces, P(±2√2, 4) es el punto más cercano en la curva a A(0, 5).

Pregunta 32 Encuentra las coordenadas de un punto en la parábola y = x 2 + 7x + 2 que está más cerca de la línea recta y = 3x – 3.

Solución:

La ecuación dada de la parábola es

y = x 2 + 7x + 2 ……(yo)

más cercano a la línea recta y = 3x – 3 ……(ii)

Consideremos que P(x, y) es el punto de la parábola dada que está más cerca de la línea y = 3x – 3

Sea Q la distancia perpendicular de P a la recta y = 3x – 3

Q = \frac{|y - 3x+3|}{\sqrt{1^2+(-3)^2}}

\frac{|x² + 7x + 2-3x +3|}{√10}

Al derivar wrt x, obtenemos

dQ/dx = (2x +4) / √10

Para máximos o mínimos, tenemos

Ponga dQ/dx = 0

⇒ (2x + y)/√10 = 0

⇒ x = -2

Ahora pon el valor de x en la ecuación (i), obtenemos

 y = 4 – 14 + 2 = -8

Cuando x = -2 y y = -8, d 2 Q/dx 2 = 2/√10 > 0

Entonces, x = -2, y y = -8 es el punto de los mínimos locales,

Por lo tanto, P(-2, -8) es el punto de la parábola más cercano a la línea y = 3x-3.

Pregunta 33 Encuentra el punto en la curva y 2 = 2x que está a una distancia mínima del punto (1, 4).

Solución:

La ecuación dada de la curva es 

y 2 = 2x …..(yo)

Sea P(x, y) un punto en la curva dada, que está a la distancia mínima del punto A(1, 4)

Q cuadrado de la longitud de AP

Q = (x – 1) 2 + (y – 4) 2

= x2 + 1 – 2x +y2 +16 – 8y

= x2 – 2x +2x+17 – 8y

= y 4 /4 – 8y +17 [Ya que y 2 = 2x]

Al diferenciar wrt y, obtenemos

dQ/dy = y 3 – 8

Para máximos y mínimos tenemos

Ponga dQ/dy = 0

y 3 – 8 = 0

y 3 = 2 3

y = 2

Cuando y = 2, d 2 S/dy 2 = 3y 2 = 12 > 0

Entonces, y = 2 es el punto de los mínimos locales,

Tenemos

x = y 2 /2 = 4/2 = 2

Por tanto, P(2, 2) está a una distancia mínima del punto A(1, 4).

Pregunta 34. Encuentra la pendiente máxima de la curva y = -x 3 + 3x 2 + 2x – 27.

Solución:

La ecuación dada de la curva es

y = x 3 + 3x 2 + 2x – 27 …..(i)

La pendiente de la ecuación dada de la curva es 

m = dy/dx = −3x 2 + 6x + 2 …..(ii)

Al derivar wrt x, obtenemos

dm/dx = -6x + 6

Nuevamente diferenciando wrt x, obtenemos

d 2 m/dx 2 = -6 < 0

Para máximos y mínimos,

Poner dm/dx = 0

⇒ -6x + 6 = 0

⇒ x = 1

Cuando x = 1, d 2 m/dx 2 = -6 < 0

Entonces, x = 1 es el punto de los máximos locales

Por lo tanto, la pendiente máxima de la curva dada es = -3 + 6 + 2 = 5

Pregunta 35. El costo total de producir x radios por día es (x 2/4 + 35x + 25) y el precio por equipo al que se pueden vender es (50 – x/2). Encuentre la producción diaria para maximizar la ganancia total. 

Solución:

Dado, 

El costo de producir x aparatos de radio es Rs. x 2 /4 + 35x + 25

Y el precio de venta de x radio es Rs. x(50 – x/2)

Asi que, 

La ganancia en x aparatos de radio es

P = 50x – x 2 /2 – x 2 /4 -35x – 25

Al diferenciar wrt y, obtenemos

dp/dx = 50 – x – x/2- 35

= 15 – 3x/2

Para máximos y mínimos,

Poner, dp/dx = 0

⇒ 15 – 3x/2 = 0

⇒ x = 10

Cuando x = 10, d 2 p/dx 2 = -3/2 <0

Entonces, x = 10 es el punto de los máximos locales

Por lo tanto, la ganancia es máxima solo si la producción diaria es 10.

Pregunta 36. Los fabricantes pueden vender x artículos a un precio de (5 – x/100) cada uno. El precio de costo es (x/5 + 500). Encuentre la cantidad de artículos que debe vender para obtener la máxima ganancia.  

Solución:

Consideremos que S(x) es el precio de venta de x artículos y C(x) el precio de costo de x artículos.

Entonces, se da que

S(x) = (5 – x/100) = 5x – x 2 /100

y            

C(x)= x/5 + 500

Entonces la función de beneficio es 

P(x) = S(x) – C(x) 

= 5x – x 2 /100 -x/5 – 500 = 24x/5 – x 2 /100 – 500

Al derivar wrt x, obtenemos

P'(x) = 24/5 – x/50

También p”(x) = – 1/50

Para máximos y mínimos,

Ponga, P'(x) = 0

⇒ 24/5 – x/50 = 0

⇒ x = 24/5 × 50 = 240

Cuando x = 240, P”(240) = -1/50 < 0

Entonces, x = 240 es un punto de máximos.

Por lo tanto, cuando el fabricante vende 240, puede obtener el máximo beneficio.

Pregunta 37. Se va a construir un tanque abierto con una base cuadrada y lados verticales para contener una cantidad dada de agua. Muestre que los gastos de revestimiento con plomo serán mínimos si la profundidad se hace a la mitad del ancho.

Solución:

Consideremos que l es la longitud del lado de la base cuadrada del tanque y h la altura del tanque.

Entonces, el volumen del tanque es 

V = l 2 h ……(i)

y la superficie total es 

A = l2 + 4lh …..(ii)

Ahora,

De la ecuación (i) y (ii), obtenemos

A = l 2 + 4v/l

Al diferenciar wrt l, obtenemos

dA/dl = 2l – 4v/l 2

Además, d 2 A/dl 2 = 2 + 8v/l 3

Para máximos y mínimos,

Poner, dA/dl = 0

⇒ 2l – 4v/l2 = 0

⇒ 2l 3 – 4v = 0

⇒ l 3 = 2v = 2t 2 h

⇒ l 2 [ l – 2h ]= 0

⇒ l = 0 o 2h

Aquí, l = 0 no es posible

En l = 2h, d 2 S/dl 2 > 0      

Entonces, l = 2h es el punto de los mínimos locales

Por tanto, la superficie total es mínima cuando l = 2h

Pregunta 38. Una caja de volumen constante c debe tener el doble de largo que de ancho. El material de la parte superior y los cuatro lados cuesta tres veces más por metro cuadrado que el de la parte inferior. ¿Cuáles son las dimensiones más económicas?

Solución:

Consideremos que ABCDEFGH es una caja de volumen constante c y se da que la caja mide el doble de largo que de ancho.

Entonces, BF = x y AB = 2x

Entonces, el costo del material de la parte superior y frontal = 3 x costo del material de la parte inferior de la caja.

⇒ 2x × x + xh + xh+ 2xh + 2xh = 3 × 2x 2

⇒ 2x 2 + 2xh + 4xh = 6x 2

⇒ 4x 2 – 6xh = 0

⇒ 2x(2x – 3h) = 0

⇒ x = 3h/2 o h = 2x/3

volumen de la caja es 

V = 2x × x × h

c = 2x 2 horas

h = c/2x 2                            ……(yo)

Ahora,

La superficie de la caja es 

A = 2 (2x 2 + 2xh + xh)

= 2( 2×2 + 3xh)

= 2(2x 2 + 3xc/2x 2 )

= 2(2x 2 + 3/2 × c/x)

Al derivar wrt x, obtenemos

dA/dx = 2(4x – 3/2 × c/x 2 )

Para máximos y mínimos,

Poner dA/dx = 0

2(4x – 3/2 × c/x2 ) = 0

8x 3 – 3c = 0

x = (3c/8) 1/3

Cuando x = (3c/8) 1/3 , d 2 A/dx 2 = 2 (4 + 3 × C/x 3 ) > 0  

Entonces, x = (3c/8) 1/3 es el punto de mínimos locales

Por lo tanto, la dimensión más económica será

x = ancho = (3c/8) 1/3

2x = longitud = 2(3c/8) 1/3

h = altura = 2x/3 = 2/3 × (3c/8) 1/3

Pregunta 39. Se da la suma de las áreas superficiales de una esfera y un cubo Demostrar que cuando la suma de sus volúmenes es menor, el diámetro de la esfera es igual a la arista del cubo.

Solución:

Consideremos S la suma de las superficies de una esfera y un cubo.

S = 4πr 2 + 6l 2       …..(i)

Aquí, soy el lado del cubo y r el radio de la esfera

y V el volumen de la esfera y el cubo

V = 4/3πr 3 + l 3       …..(ii)

I=\sqrt{\frac{S-4πr^2}{6}}

V=4/3πr^2+(\frac{S-4πr^2}{6})^\frac{3}{2}

Al diferenciar wrt r, obtenemos

\frac{dV}{dr}=4πr^2+\frac{3}{2}(\frac{s-4πr^2}{6})^\frac{1}{2} (\frac{-4π}{6})^{2r}

Para máximos y mínimos,

Poner dV/dr = 0

⇒ 4πr 2 = π/6(S – 4πr 2 ) 1/2 × 2r = 0

⇒ 2rπ[2r – I] = 0

r = 0, l/2

Ahora,

\frac{d^2V}{dr^2}=8πr-\frac{2π}{√6}[(S-4πr^2)^{\frac{1}{2}}]-\frac{8πr^2}{2(S-4πr^2)^{\frac{1}{2}}}

En r = I/2, d 2 V/dr 2 > 0

Entonces, r = I/2 es el punto de mínimos locales

Por lo tanto, el volumen es mínimo cuando l = 2r

Pregunta 40. Una cantidad dada de metal se va a moldear en un medio cilindro con una base rectangular y extremos semicirculares. Muestre que para que el área total de la superficie sea mínima, la relación entre la longitud del cilindro y el diámetro de sus extremos semicirculares es π:(π + 2)

Solución:

Sea ABCDEF un medio cilindro de base rectangular y extremos semicirculares.

Entonces, AB = altura del cilindro = h

Consideremos r el radio del cilindro.

Como sabemos que el volumen del medio cilindro es 

V = 1/ 2πr 2h

2V/πr2 = h

El área total de la superficie del medio cilindro es

A = LSA del medio cilindro + área de dos extremos semicirculares + área del rectángulo (base)

A = πrh + πr 2 /2 + πr 2 /2 +h 2 r

= (πr + 2r)h + πr 2

= (π + 2)2v/πr + πr 2

Al diferenciar wrt r, obtenemos

dA/dr = [(π + 2)2v/π(-1/r 2 ) + 2πr]

Para máximos y mínimos,

Poner dA/dr = 0 

⇒ [(π + 2)2v/π(-1/r 2 ) + 2πr] = 0 

⇒ [(π+2)2v/πr 2 = 2πr

Pero 2r = D

h : re = π : π + 2

Nuevamente diferenciando wrt r, obtenemos

d 2 A/dr 2 = (π + 2)v/π × 2/r 3 + 2π > 0

Entonces, S será mínimo cuando h : 2r es π : π-12.

Por lo tanto, la altura del cilindro : Diámetro del extremo circular π : π + 2

Pregunta 41. La resistencia de una viga varía como el producto de su ancho y el cuadrado de su profundidad. Encuentre las dimensiones de la viga más fuerte que se puede cortar de un tronco circular de radio a.

Solución:

Consideremos ABCD como el área de la sección transversal de la viga que se corta de un tronco circular de radio a.

Entonces, AO = a y AC = 2a

Sea x el ancho y y la profundidad del tronco. Además, sea S la fuerza de la viga 

Según la pregunta,

S = xy 2      …..(i)

en ΔABC

x 2 + y 2 = (2a) 2

⇒ y = (2a) 2 – x 2       …..(ii)

De la ecuación (i) y (ii), obtenemos

S = x((2a) 2 x2 )

Al derivar wrt x, obtenemos

⇒ dS/dx = (4a 2 – x 2 ) – 2x 2

⇒ dS/dx = 4a 2 – 3x 2

Para máximos o mínimos

Ponga, dS/dx = 0

⇒ 4a 2 – 3x 2 = 0

⇒x2 = 4a 2/3 _

x = 2a√3

Ahora pon el valor de x en la ecuación (ii)

y 2 = 4a 2 – 4a 2 /3 = 8a 2 /3

y = 2a×√(2/3)

Ahora, 

En x = 2a/√3, y = √(2/3)2a, d 2 S/dx 2 = -6x = -12a/√3 < 0

Entonces, (x = 2a/√3, y = √(2/3)2a) es el punto de máximos locales.

Por lo tanto, la dimensión de la viga más fuerte es 2a/√3 y √(2/3)2a.

Pregunta 42. Se traza una línea recta a través de un punto dado P(1, 4). Determina el valor mínimo de la suma de las intersecciones en los ejes de coordenadas.

Solución:

Consideremos que l es una línea que pasa por el punto P (1, 4) que corta el eje x y el eje y.

Entonces, la ecuación de la línea (l) es 

y-4 = m(x-1)

La intersección x es (m – 4)/m y la intersección y es (4-m)

Sea S = (m – 4)/m + 4 – m

Al diferenciar wrt m, obtenemos

dS/dm = 4/m2 – 1

Para máximos y mínimos,

Ponga, dS/dm = 0

⇒ 4/m2 -1 = 0

⇒ metro = ±12

Ahora,

d 2 S/dm 2 = -8/m 3

En m = 2, d 2 S/dm 2 = -1 < 0

En m = -2, d 2 S/dm 2 = 1 > 0

Entonces, m = -2 es el punto de los mínimos locales.

Por lo tanto, el valor mínimo de la suma de la intersección es

= (m – 4)/m + 4 – m

= 3 + 6 = 9

Pregunta 43. El área total de una página es 150 cm 2 . El ancho combinado del margen superior e inferior es de 3 cm y el lateral de 2 cm. ¿Cuáles deben ser las dimensiones de la página para que el área del material impreso sea máxima?

Solución:

Dado que el área de la página PQRS en 150 cm 2

Además, AB + CD = 3 cm

EF + GH = 2 cm

Consideremos que x e y son el ancho combinado del margen en la parte superior e inferior y los lados

x = 3 cm y y = 2 cm.

Ahora, encontramos el área de material impreso = área de P’Q’R’S’

⇒ A = P’Q’ Q’R’

⇒ A = (b – y)(l – x)

⇒ A = (b – 2)(l – 3) …..(i)

También,

El área de PQRS = 150 cm 2

⇒ lb = 150 …..(ii)

De la ecuación (i) y (ii), obtenemos

A = (b – 2)(150/b – 3)

Al diferenciar wrt b, obtenemos

dA/db = (150/b – 3) + (b – 2)(- 150/b 2 )

Para máximo y mínimo,

Poner dA/db = 0

⇒ (150 – 3b)/b + (-150)(b – 2)b 2 = 0

⇒ 150b – 3b 2 – 150b +300 = 0

⇒ -3b 2 + 300 = 0

⇒ segundo = 10

De la ecuación (ii), obtenemos

l = 15

Ahora,

re 2 A/db 2 = -150/b2 – 150[-1/b2 + 4/b3]

Cuando b = 10, d 2 A/db 2 = -15/10 – 150[-1/100 + 4/1000] = -1,5 + 9 = -0,6 < 0

Entonces, b = 10 es el punto de los máximos locales.

Por lo tanto, la dimensión requerida será de 15 cm y 10 cm.

Pregunta 44. El espacio s descrito en el tiempo t por una partícula que se mueve en línea recta está dado por s = t 5 – 40t 3 + 30t 2 + 80t – 250. Encuentra el valor mínimo de aceleración.

Solución:

Dado que s es el espacio en el tiempo t por una partícula en movimiento es 

S = t 5 – 40 t 3 +30 t 2 +80 t – 250

Velocidad = dS/dt = 5t 4 -120t 2 + 60t + 80

Aceleración = a = d 2 S/dt 2 = 20t 3 – 240t + 60t …..(i)

Ahora,

da/dt = 60t 2 – 240

Para máximos y mínimos,

Ponga, da/dt = 0

⇒ 60t 2 – 240 = 0

⇒ 60(t 2 – 4) = 0

⇒ t = 2

Ahora,

d2a / dt2 = 120t

En t = 2, d 2 a/dt 2 = 240 > 0

Entonces, t = 2 es el punto de mínimos locales

Por lo tanto, la aceleración mínima es 160 – 480 + 60 = -260 

Pregunta 45. Una partícula que se mueve en línea recta tal que su distancia s en cualquier momento t está dada por s = t 4 /4 – 2t 3 + 4t 2 – 7. Encuentra cuándo su velocidad es máxima y su aceleración mínima.

Solución:

Dado que 

Distancia(S) = t 4 /4 – 2t 3 + 4t 2 – 7

Velocidad (V) = dS/dt = t 3 – 6t 2 + 8t

Aceleración(a) = d 2 S/dt 2 = 3t 2 – 12t + 8

Para que la velocidad sea máxima y mínima,

Poner dV/dt = 0

⇒ 3t 2 – 12t +8 = 0

⇒ t = \frac{12&pm;\sqrt{144-96}}{6}

= 2 ± 4√3/6

t = (2 + 2/√3), (2 – 2/√3)

Ahora,

d 2 V/dt 2 = 6t – 12

En t = (2 – 2/√3), d 2 V/dt 2 = 6(2 – 2/√3) – 12 = -12/√3 < 0

t = (2 + 2/√3), d 2 V/dt 2 = 6(2 + 2/√3) – 12 = 12/√3 > 0

Entonces, en t = (2 – 2/√3), la velocidad es máxima

Para que la aceleración sea máxima y mínima.

Poner da/dt = 0

⇒ 6t – 12 = 0

⇒ t = 2

Ahora,

Cuando, t = 2, d 2 a/dt 2 = 6 > 0

Por tanto, en t = 2, la aceleración es mínima.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por rahulsharma1771996 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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