Скорость — это производная пути по времени. Это не метафора: именно так определяется мгновенная скорость в физике.
Тело движется «вперёд», если v(t) > 0.
Тело движется «назад», если v(t) < 0.
Это задача на знак производной — как в Д3.
Оптимизация — нахождение наилучшего значения (максимального или минимального) при заданном ограничении.