f(x)=e^-x .Απο ποιο σημειο της f πρεπει να φερω παραλληλες ως προς τους αξονες, ωστε το ορθογωνιο που θα σχηματιστει να εχει μεγιστο εμβαδον?
Αν M(x,f(x)) ένα σημείο της Cf τότε εννοείς το ορθογώνιο παραλληλόγραμμο με κορυφές τα σημεία Ο(0,0), Α(x,0), B(0,f(x)) και M(x,f(x));
Σε αυτήν την περίπτωση το εμβαδόν του ορθογωνίου τείνει στο +οο όταν x->-oo. Δεν υπάρχει μέγιστη τιμή.
Μάλλον δεν έχεις γράψει σωστά την εκφώνηση. Ας κάνω όμως την ανάλυση μου.
Το ορθογώνιο με κορυφές τα σημεία Ο, Α, Β και Μ που αναφέρθηκαν παραπάνω έχει εμβαδό:
Ε(Ω)=(ΟΑ)*(ΟΒ)=|x|*|f(x)|=|x|*|e^(-x)|=|x|*(e^(-x))=g(x) όπου x ανήκει R
Για x=0 το ορθογώνιο εκφυλίζεται σε μία γραμμή και ορθώς προκύπτει g(0)=0
Αν x<0 τότε |x|=-x, οπότε g(x)=-x(e^(-x)), x<0
Αν x>=0 τότε |x|=x, οπότε g(x)=x(e^(-x)), x>=0
Για x<0 είναι g(x)=-x(e^(-x)). Επομένως η g είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο (-οο,0) με πρώτη παράγωγο:
g΄(x)=(x-1)(e^(-x))
Για x>0 είναι g(x)=x(e^(-x)). Επομένως η g είναι συνεχής και παραγωγίσιμη στο (0,+oo) με πρώτη παράγωγο:
g΄(x)=(1-x)(e^(-x))
Είναι lim(x->0-)g(x)=lim(x->0-)[-x(e^(-x))]=-0*(e^(-0))=0 και lim(x->0+)g(x)=lim(x->0+)[x(e^(-x))]=0*(e^(-0))=0.
Επειδή lim(x->0-)g(x)=lim(x->0+)g(x)=0 τότε lim(x->0)g(x)=0
Επειδή lim(x->0)g(x)=g(0)=0 τότε η g είναι συνεχής στο 0. Άρα η g είναι συνεχής στο R.
Η g είναι συνεχής στο (-οο,0], παραγωγίσιμη στο (-οο,0) και ισχύει g΄(x)<0 για κάθε x στο (-οο,0). Επομένως η g είναι γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0].
Η g είναι συνεχής στο [0,1], παραγωγίσιμη στο (0,1) και ισχύει g΄(x)>0 για κάθε x στο (0,1). Επομένως η g είναι γνησίως αύξουσα στο [0,1].
Η g είναι συνεχής στο [1,+οο), παραγωγίσιμη στο (1,+οο) και ισχύει g΄(x)<0 για κάθε x στο (1,+οο). Επομένως η g είναι γνησίως φθίνουσα στο [1,+οο).
Θέτουμε u=-x
lim(x->-oo)(-x)=+oo
lim(x->-oo)g(x)=lim(x->-oo)[(-x)*(e^(-x))]=lim(u->+oo)(u(e^u))=+oo επειδή lim(x->+oo)x=lim(x->+oo)(e^x)=+oo
Θεωρούμε τις συναρτήσεις h1(x)=x και h2(x)=e^x. Οι h1 και h2 είναι συνεχείς και παραγωγίσιμες στο R με πρώτες παραγώγους:
h1΄(x)=1
h2΄(x)=e^x
Έχουμε
lim(x->+oo)h1(x)=lim(x->+oo)x=+oo
lim(x->+oo)h2(x)=lim(x->+oo)(e^x)=+oo
lim(x->+oo)[h1΄(x)/h2΄(x)]=lim(x->+oo)(1/(e^x))=lim(x->+oo)(e^(-x))=0
Επειδή lim(x->+oo)h1(x)=lim(x->+oo)h2(x)=+oo και lim(x->+oo)[h1΄(x)/h2΄(x)]=0 τότε σύμφωνα με τον 2ο κανόνα De L' Hospital είναι lim(x->+oo)[h1(x)/h2(x)]=lim(x->+oo)[h1΄(x)/h2΄(x)]=0
Άρα lim(x->+oo)[x/(e^x)]=0 => lim(x->+oo)[x(e^(-x))]=0
Έχουμε lim(x->+oo)g(x)=lim(x->-oo)[x(e^(-x))]=0
Επειδή η g είναι συνεχής στο R, γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0], γνησίως αύξουσα στο [0,1] και γνησίως φθίνουσα στο [1,+οο) τότε παρουσιάζει τοπικό ελάχιστο στο x1=0 με τιμή g(0)=0 και τοπικό μέγιστο στο x2=1 με τιμή g(1)=1/e
Συνοψίζοντας
g(0)=0
g(1)=1/e
lim(x->-oo)g(x)=+oo
lim(x->+oo)g(x)=0
Η g είναι συνεχής και γνησίως φθίνουσα στο (-οο,0], οπότε g((-oo,0])=[g(0),lim(x->-oo)g(x))=[0,+oo)
Η g είναι συνεχής και γνησίως αύξουσα στο [0,1], οπότε g([0,1])=[g(0),g(1)]=[0,1/e]
Η g είναι συνεχής και γνησίως φθίνουσα στο [1,+oo), οπότε g([1,+oo))=(lim(x->+oo)g(x),g(1)]=(0,1/e]
Παρατηρούμε ότι g(x)=0 μόνο για x=0
Για x>0 ισχύει g(x)<=g(1)=1/e
Άρα αν το πεδίο ορισμού της g είναι το (0,+οο) ή το [0,+οο) τότε η g έχει ολικό μέγιστο στο x0=1 με τιμή g(1)=1/e.
Σε αυτήν την περίπτωση το ζητούμενο σημείο είναι το M(1,f(1)) όπου f(1)=e^(-1)=1/e μονάδες μήκους και η μέγιστη τιμή του εμβαδού είναι maxE(Ω)=g(1)=1/e τετραγωνικές μονάδες μήκους.