面積や体積をいちばん大きくする……最大・最小の文章題の組み立て
文章題で最大や最小を求めるとき、計算そのものは増減表を書くだけです。手間がかかるのは、その前の組み立て。
手順は つに決まっています[1]。
番目と 番目を飛ばすと、答えが出ても意味を持ちません。変数が つ残ったままでは微分できず、定義域を外れた解は現実に合わない。
切り落とす正方形を大きくすると、底面は小さくなり高さは増します。両方の兼ね合いで、途中に山ができる。
例:厚紙から箱を作る
センチ センチの厚紙の四隅から、一辺 の正方形を切り落として箱を作ります[1]。
底面は 、高さは です。体積を式にします。
定義域は 。 が 以上だと、短いほうの辺が残りません。
微分して とおきます。
解は です。定義域に入るのは のほう。
体積はおよそ 立方センチになります。もう つの解を捨てる作業まで含めて答案です。
例:壁を利用して囲む
長さ メートルの金網で、長方形の 辺を囲みます。残りの 辺は壁を使う[1]。
壁に垂直な辺を とすると、壁と平行な辺は です。面積を式にします。
定義域は 。 から です。
このとき縦が 、横が で、面積は 平方メートル。金網の半分が壁と平行な辺に使われる形になります。

図に記号を書き込むと、関係式が目で拾えます。 辺の合計が という条件が、そのまま の形。
例:缶の表面積を小さくする
体積が の円柱の缶で、材料をいちばん少なくする形を探します。半径を 、高さを とします。
体積の条件から です。これを表面積の式に入れて 変数にします。
微分すると 。これを とおくと が出ます。
このとき になります。高さが直径と等しい缶が、材料をいちばん節約する形。
周の長さが の長方形で、面積が最大になるのはどれか。
- 縦 、横
- 縦 、横
- 縦 、横
例:曲線上でいちばん近い点
放物線 の上で、点 にいちばん近い点を探します[1]。
距離のままだと根号が邪魔なので、 乗して考えます。距離が最小のとき、 乗も最小です。
微分すると 。 が解で、因数分解すると残りは実数解を持ちません。
いちばん近い点は 、距離は です。根号を外して考える工夫が、計算を軽くしています。
定義域と端の扱い
閉じた区間なら、極値と両端の値をすべて並べて比べます[2]。端で最大になることも珍しくありません[3]。
開いた区間では端の値をとれないので、極限で様子を見ます。箱の問題では と のどちらでも体積が に近づき、途中の極大が最大だと分かる。
極値の候補と両端の値をすべて計算し、いちばん大きいものと小さいものを選ぶ
端は含めない。端に近づけたときの様子を調べ、極値が最大や最小になるかを確かめる
現実に合うかを確かめる
の解が つ出たとき、片方は定義域の外でした。数式が返してきた答えを、そのまま書かないところが大事です。
長さが負になる、材料が足りなくなる、袋が閉じない。式の上では成り立っても、状況として無理な解は捨てます。
、、 のとき、 の最大値はどれか。
を入れると です。微分して から 、そのとき で積は になります。
組み立てで気をつけるところ
式を立てるところまで進めば、あとは増減表の作業です。図をかき、記号を入れ、関係式を探す。この つを毎回同じ順でやると、迷う場面が減ります。










縦を x とすると横は 10−x で、面積は x(10−x) です。微分すると 10−2x となり、x=5 で最大。正方形のときが答えになります。