उच्चतम और निम्नतम CUET गणित के Section A में आते हैं, वह सेक्शन जिसे हर उम्मीदवार हल करता है, चाहे आप Mathematics लें या Applied Mathematics। ये अवकलजों को उत्तरों में बदलते हैं: सबसे ऊँचा बिंदु, सबसे कम लागत, सबसे बड़ा लाभ या क्षेत्रफल। क्रांतिक बिंदुओं और प्रथम तथा द्वितीय अवकलज परीक्षण से लेकर अंतराल पर अधिकतम और न्यूनतम मान और शाब्दिक प्रश्नों तक हर नियम यहाँ सीखिए, हल किए गए उदाहरणों, समय बचाने वाले शॉर्टकट और CUET के जालों के साथ, फिर CUET के अपने प्रारूपों में मुफ़्त प्रश्नों का अभ्यास कीजिए, हर प्रश्न पूरे हल के साथ।
जिस गेंद को हम देखते आ रहे हैं, जो h=20t−5t2 मीटर की ऊँचाई पर है, वह ऊपर जाती है और फिर गिरती है। किसी एक क्षण वह किसी भी और क्षण से ऊँची होती है: वह ऊँचाई h का उच्चतम मान है। यह अध्याय ऐसे मान निकालता है, पहले देखकर, फिर अवकलजों से।
f का उच्चतम मान वह मान f(c) है जिससे f का कोई और मान बड़ा न हो: प्रांत के हर x के लिए f(c)≥f(x)। निम्नतम मान वह मान f(d) है जिसमें हर x के लिए f(d)≤f(x)। किसी फलन के दोनों, एक, या कोई भी नहीं हो सकते।
बहुत-से प्रश्न अवकलज के बिना हल हो जाते हैं, क्योंकि वर्ग कभी ऋणात्मक नहीं होता और sin तथा cos, −1 और 1 के बीच रहते हैं। इसलिए (x+1)2−4 का निम्नतम मान −4 है, x=−1 पर, और उच्चतम कोई नहीं; और x3 का कोई भी नहीं।
उदाहरण 1 · निरीक्षण से
f(x)=4−3sin2x के उच्चतम और निम्नतम मान ज्ञात कीजिए।
sin2x, −1 और 1 के बीच चलता है, इसलिए −3sin2x, −3 और 3 के बीच।
4 जोड़ने पर f(x), 1 और 7 के बीच चलता है।
उत्तर
उच्चतम मान 7, जब sin2x=−1; निम्नतम मान 1, जब sin2x=1।
सावधान
देखिए क्या पूछा गया है: मानf(c) है, बिंदुc है। विकल्पों में अक्सर दोनों होते हैं।
फलन का c पर स्थानीय उच्चतम तब है जब f(c), c के पास के बिंदुओं में, उसके आसपास के किसी खुले अंतराल पर, सबसे बड़ा मान हो; स्थानीय निम्नतम में "सबसे छोटा"। "स्थानीय" शब्द महत्त्वपूर्ण है: स्थानीय उच्चतम एक चोटी है, ज़रूरी नहीं कि पूरे ग्राफ़ का सबसे ऊँचा बिंदु हो, और कोई स्थानीय निम्नतम मान किसी स्थानीय उच्चतम मान से बड़ा भी हो सकता है।
क्रांतिक बिंदु प्रांत का वह बिंदु c है जहाँ f′(c)=0 हो या f अवकलनीय न हो। अवकलनीय फलन का हर स्थानीय उच्चतम या निम्नतम किसी क्रांतिक बिंदु पर होता है, क्योंकि चोटी या गर्त पर स्पर्श रेखा समतल होती है। पर हर क्रांतिक बिंदु चोटी या गर्त नहीं होता।
प्रथम अवकलज परीक्षण
क्रांतिक बिंदु c पर: यदि f′, + से − हो, तो c स्थानीय उच्चतम है; यदि − से + हो, तो स्थानीय निम्नतम; यदि चिह्न न बदले, तो कोई नहीं।
उदाहरण 2 · दो क्रांतिक बिंदु
f(x)=x3−3x2+4 के स्थानीय उच्चतम और निम्नतम ज्ञात कीजिए।
f′(x)=3x2−6x=3x(x−2), इसलिए क्रांतिक बिंदु x=0 और x=2 हैं।
f′, 0 से पहले धनात्मक, 0 और 2 के बीच ऋणात्मक, और 2 के बाद धनात्मक है।
उत्तर
x=0 पर स्थानीय उच्चतम, मान f(0)=4; x=2 पर स्थानीय निम्नतम, मान f(2)=0।
सावधान
f(x)=(x−2)3 में f′(2)=0, फिर भी f′(x)=3(x−2)2, 2 के दोनों ओर धनात्मक है। इसलिए x=2 ऐसा क्रांतिक बिंदु है जो न उच्चतम है न निम्नतम, एक नति परिवर्तन बिंदु। f′ का वर्ग गुणनखंड कभी चिह्न नहीं बदलता।
f′(c)=0 वाले क्रांतिक बिंदु c पर f′′(c) देखिए। यदि यह ऋणात्मक है, तो ग्राफ़ पहाड़ी की चोटी की तरह नीचे की ओर मुड़ता है, और c स्थानीय उच्चतम है; यदि धनात्मक है, तो ग्राफ़ कटोरे की तरह ऊपर की ओर मुड़ता है, और c स्थानीय निम्नतम है; यदि 0 है, तो परीक्षण कुछ तय नहीं करता, और प्रथम अवकलज परीक्षण लगाना पड़ता है।
गेंद के लिए h′(t)=20−10t=0, t=2 पर, और h′′(t)=−10<0: उच्चतम। उसकी अधिकतम ऊँचाई h(2)=40−20=20 मीटर है।
उदाहरण 3 · द्वितीय अवकलज परीक्षण से मान
f(x)=2x3−3x2−12x+5 के स्थानीय उच्चतम और निम्नतम मान ज्ञात कीजिए।
f′(x)=6x2−6x−12=6(x−2)(x+1), जो x=−1 और x=2 पर 0 है।
बंद अंतराल [a,b] पर संतत फलन का वहाँ सदा एक अधिकतम और एक न्यूनतम मान होता है, उसका निरपेक्ष उच्चतम और निम्नतम। ये केवल अंतराल के भीतर किसी क्रांतिक बिंदु पर या दोनों में से किसी सिरे पर हो सकते हैं।
अंतराल के भीतर पड़ने वाले क्रांतिक बिंदु निकालिए, फिर उन सब पर और दोनों सिरों पर f का मान निकालिए। इन संख्याओं में सबसे बड़ी निरपेक्ष उच्चतम है और सबसे छोटी निरपेक्ष निम्नतम; द्वितीय अवकलज की ज़रूरत नहीं।
उदाहरण 4 · सिरा जीत जाता है
[−4,7] पर f(x)=x3−27x के अधिकतम और न्यूनतम मान ज्ञात कीजिए।
f′(x)=3x2−27=3(x−3)(x+3), इसलिए क्रांतिक बिंदु x=−3 और x=3 हैं, दोनों भीतर।
f(−4)=−64+108=44, f(−3)=−27+81=54, f(3)=27−81=−54 और f(7)=343−189=154।
उत्तर
अधिकतम मान 154 है, सिरे x=7 पर; न्यूनतम मान −54 है, x=3 पर।
x=−3 का स्थानीय उच्चतम, मान 54, यहाँ अधिकतम मान नहीं है: सिरा उससे आगे निकल जाता है। इसीलिए सिरे सदा जाँचे जाते हैं।
जिस राशि को सबसे बड़ा या सबसे छोटा बनाना है, उसका नाम रखिए और उसे मापों के पदों में लिखिए। प्रश्न में दी गई शर्त से उसे एक चर में बदलिए, फिर क्रांतिक बिंदु निकालिए और प्रथम या द्वितीय अवकलज परीक्षण से पुष्टि कीजिए। ठीक वही उत्तर दीजिए जो पूछा गया है: लंबाई, क्षेत्रफल या इकाइयों की संख्या।
उदाहरण 5 · सबसे सस्ता डिब्बा
वर्गाकार आधार वाले खुले डिब्बे में 500 cm³ आना चाहिए। किस माप पर सबसे कम सामग्री लगेगी?
आधार की भुजा x और ऊँचाई h हो: x2h=500, इसलिए h=x2500।
सामग्री आधार और चार पार्श्वों की है: S=x2+4xh=x2+x2000।
S′=2x−x22000=0 से x3=1000, x=10; S′′=2+x34000>0, निम्नतम।
उत्तर
आधार 10 cm × 10 cm और ऊँचाई h=100500=5 cm, जिसमें S=100+200=300 cm² लगता है।
मुख्य बात
तीन परिणाम इतनी बार आते हैं कि याद रखने लायक हैं। यदि दो संख्याओं का योग निश्चित हो, तो उनका गुणनफल तब अधिकतम होता है जब वे बराबर हों। दिए गए परिमाप वाले सभी आयतों में वर्ग का क्षेत्रफल सबसे अधिक होता है। दिए गए आयतन वाला बंद बेलन तब सबसे कम धातु लेता है जब उसकी ऊँचाई उसके व्यास के बराबर हो।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
I. स्थानीय उच्चतम पर f′ का चिह्न धनात्मक से ऋणात्मक होता है।
II. किसी फलन का कोई स्थानीय निम्नतम मान उसके किसी स्थानीय उच्चतम मान से बड़ा हो सकता है।
III. स्थानीय उच्चतम मान सदा फलन का अधिकतम मान होता है।
IV. यदि f का c पर स्थानीय निम्नतम है और f′(c) का अस्तित्व है, तो f′(c)=0।
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उत्तरC · केवल I, II और IV
I प्रथम अवकलज परीक्षण है, और IV इसलिए सही है कि अवकलनीय फलन की चोटी या गर्त पर स्पर्श रेखा समतल होती है। II के लिए: x+x1 का x=−1 पर स्थानीय उच्चतम मान −2 और x=1 पर स्थानीय निम्नतम मान 2 है।
III गलत है: 'स्थानीय' का अर्थ केवल आसपास के बिंदुओं में है। x3−3x का x=−1 पर स्थानीय उच्चतम मान 2 है, फिर भी f(3)=18।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
अभिकथन (A): f(x)=x4 का x=0 पर स्थानीय निम्नतम है।
कारण (R): f(x)=x4 के लिए f′′(0)>0।
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उत्तरC · A सही है, लेकिन R गलत है।
हर x के लिए x4≥0=f(0), इसलिए 0 निम्नतम है: A सही है।
f′′(x)=12x2, इसलिए f′′(0)=0 और R गलत है। यहाँ द्वितीय अवकलज परीक्षण विफल है, पर प्रथम अवकलज परीक्षण (4x3 ऋणात्मक से धनात्मक) फिर भी निम्नतम पहचान लेता है।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
एक किसान के पास एक सीधी दीवार के साथ आयताकार भूखंड के लिए 100 m बाड़ है, इसलिए केवल तीन भुजाओं पर बाड़ लगानी है। वह अधिकतम कितना क्षेत्रफल (m² में) घेर सकता है?
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उत्तरC · 1,250
दीवार के समांतर भुजा y और बाकी दो x: 2x+y=100, क्षेत्रफल A=x(100−2x)।
A′=100−4x=0, x=25 पर, इसलिए y=50 और A=1250।
ध्यान देने योग्य
625 में चारों भुजाओं पर बाड़ मानी गई, जैसे दीवार हो ही नहीं।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
24 cm भुजा वाली वर्गाकार चादर के कोनों से बराबर वर्ग काटकर किनारे मोड़कर एक खुला डिब्बा बनाया जाता है। किस भुजा (cm में) का वर्ग काटने पर आयतन अधिकतम होगा?
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उत्तरA · 4
आयतन V=x(24−2x)2, 0<x<12 के लिए।
V′=(24−2x)(24−6x)=0 से x=4 (दूसरा मूल 12 कोई चादर नहीं छोड़ता)।
x=4 cm पर आयतन 4×162=1024 cm³ है, जो अधिकतम है।
ध्यान देने योग्य
12 cm, V′=0 का दूसरा मूल है; उससे पूरी चादर ही कट जाती है।
हिंदी में कोई पंक्ति ग़लत लगे तो अंग्रेज़ी वाली ही मानें।
बिंदु (0,2) से परवलय y=x2 की न्यूनतम दूरी क्या है?
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उत्तरB · 27
परवलय पर बिंदु (x,x2) है; (0,2) से इसकी दूरी का वर्ग D=x2+(x2−2)2=x4−3x2+4 है।
D′=4x3−6x=0 से x2=23, जहाँ D=49−29+4=47; दूरी 27 है।
ध्यान देने योग्य
2 शीर्ष (0,0) तक की दूरी है, जो निकटतम बिंदु नहीं; 47 दूरी का वर्ग है।
NTA के Mathematics / Applied Mathematics सिलेबस में तीन सेक्शन हैं: Section A1, जिसे हर उम्मीदवार हल करता है, फिर Section B1 (Mathematics) या Section B2 (Applied Mathematics), जिनमें से उम्मीदवार एक हल करता है। हर सेक्शन में यूनिट और विषय दिए हैं, अध्याय नहीं, इसलिए यहाँ के अध्याय हमारे हैं। जो विषय दोनों B सेक्शन में हैं और Section A में भी, उसके प्रश्न एक ही जगह, Section A में हैं।