若存在着x0点的一个邻域,对于这个邻域内任何点x(x0点除外), 则说
是函数
的一个极大值;
<均成立,
若存在着x0点的一个邻域,对于这个邻域内任何点x(x0点除外), 则说
是函数
的一个极小值.
>均成立,
函数的极大值与极小值统称为函数的极值,使函数取得极值的点称为极值点。 我们知道了函数极值的定义了,怎样求函数的极值呢? 学习这个问题之前,我们再来学习一个概念——驻点 凡是使
的x点,称为函数
的驻点。
判断极值点存在的方法有两种:如下 方法一: 设函数
在x0点的邻域可导,且
.
>0,当x取x0右侧邻近值时,
<0,
情况一:若当x取x0左侧邻近值时, 则函数
在x0点取极大值。
<0,当x取x0右侧邻近值时,
>0,
情况一:若当x取x0左侧邻近值时, 则函数
在x0点取极小值。
注:此判定方法也适用于导数在x0点不存在的情况。 用方法一求极值的一般步骤是: a):求
;
b):求 c):判断
的全部的解——驻点;
在驻点两侧的变化规律,即可判断出函数的极值。
例题:求 解答:先求导数
再求出驻点:当
极值点
时,x=-2、1、-4/5
判定函数的极值,如下图所示
方法二:
设函数在x0点具有二阶导数,且
<0,函数
>0,函数
时
在x0点取极大值;
在x0点取极小值;
.
则:a):当 b):当 c):当
=0,其情形不一定,可由方法一来判定.
例题:我们仍以例1为例,以比较这两种方法的区别。
解答:上面我们已求出了此函数的驻点,下面我们再来求它的二阶导数。
,故此时的情形不确定,我们可由方法一来判定; <0,故此点为极大值点;
>0,故此点为极小值点。
函数的最大值、最小值及其应用
在工农业生产、工程技术及科学实验中,常会遇到这样一类问题:在一定条件下,怎样使\产品最多\、\用料最省\、\成本最低\等。
这类问题在数学上可归结为求某一函数的最大值、最小值的问题。
怎样求函数的最大值、最小值呢?前面我们已经知道了,函数的极值是局部的。要求在[a,b]
上的最大值、最小值时,可求出开区间(a,b)内全部的极值点,加上端点大值、最小值即为所求。
的值,从中取得最
例题:求函数 解答:
在此区间处处可导,
,在区间[-3,3/2]的最大值、最小值。
先来求函数的极值,故x=±1,
再来比较端点与极值点的函数值,取出最大值与最小值即为所求。
因为
故函数的最大值为
,,
,函数的最小值为
, 。
例题:圆柱形罐头,高度H与半径R应怎样配,使同样容积下材料最省?
解答:由题意可知:为一常数,
面积
故在V不变的条件下,改变R使S取最小值。
故:时,用料最省。
曲线的凹向与拐点
通过前面的学习,我们知道由一阶导数的正负,可以判定出函数的单调区间与极值,但是还不能进一步研究曲线的性态,为此我们还要了解曲线的凹性。 定义:
对区间I的曲线作切线,如果曲线弧在所有切线的下面,则称曲线在区间I下凹,如果曲
线在切线的上面,称曲线在区间I上凹。
曲线凹向的判定定理
定理一:设函数
导数 定理二:设函数
在区间(a,b)上可导,它对应曲线是向上凹(或向下凹)的充分必要条件是:
在区间(a,b)上是单调增(或单调减)。
在区间(a,b)上可导,并且具有一阶导数和二阶导数;那末:
>0,则<0,则
在[a,b]对应的曲线是下凹的; 在[a,b]对应的曲线是上凹的;
若在(a,b)内, 若在(a,b)内,
例题:判断函数的凹向
解答:我们根据定理二来判定。
因为,所以在函数的定义域(0,+∞)内,<0,
故函数所对应的曲线时下凹的。
拐点的定义
连续函数上,上凹弧与下凹弧的分界点称为此曲线上的拐点。
拐定的判定方法
如果在区间(a,b)内具有二阶导数,我们可按下列步骤来判定的拐点。
相关推荐: