利用Mathematica求函数极值PPT课件

1、边学边做：边学边做：( (一一) )用命令用命令FindMinimumFindMinimum求极小值：求极小值：FindMinimumfx,x,x0FindMinimumfx,x,x0FindMinimumfx,y,x,x0,y,y0FindMinimumfx,y,x,x0,y,y0（1 1）先作图，观察之后求函数）先作图，观察之后求函数 在在 -3-3，33内的极值内的极值（2 2）作图之后求函数）作图之后求函数 的极值的极值( (二）用求驻点的方法求函数极值二）用求驻点的方法求函数极值(1)(1)求函数求函数 的极值的极值(2)(2)求函数求函数 的最值的最值242)(xxxf1) 1(4

2、)(2xxxfxyxyxyxf933),(2233323),(22 yxxyyxyxf第1页/共12页（三）（三）SolveSolve，WhichWhich，PrintPrint，PlotPlot综合应综合应用求极值用求极值（1 1）求函数）求函数 的极值、拐的极值、拐点，描绘该函数图像点，描绘该函数图像（2 2）设函数）设函数 在在 两点处都取得极值，试确定两点处都取得极值，试确定 的值，并问的值，并问这时这时 在在 处是取得极大值还是处是取得极大值还是极小值？极小值？593)(23xxxxfxbxxaxf2ln)(2, 1xx)(xf2, 1xxba,第2页/共12页学生实验：学生实验：一

3、、基础部分一、基础部分1 1求函数求函数 在在55，2020上的极上的极值值2 2求函数求函数 的单调区间。的单调区间。3. 3. 求函数求函数 的极值点与极的极值点与极值值. .xxxxflncos)(233xxy32824yxyxz第3页/共12页二、应用部二、应用部分分(1)当a为何值时, 在 处有极值,求此极值,并说明是极大值还是极小值.(2)若函数 在x=-1处有极大值为8,在x=2处有极小值为-19,求a,b,c,d.(3)把一根直径为d d的圆木锯成截面为矩形的梁, ,问矩形截面高h h与宽b b如何选择时, ,才能使梁的抗弯截面系数 达到最大? ?(4)(4)求表面积为a a2

4、 2且体积最大的长方体体积. .xxaxf3sin31sin)(3xdcxbxaxxf23)(261bhW 第4页/共12页实验六内容详解：实验六内容详解： 一、利用命令一、利用命令FindMinimumFindMinimum求极小值求极小值1 1、命令格式一元函数：FindMinimumfx,x,x0FindMinimumfx,x,x0功能：以 为初始条件，求函数 的极小值。多元函数：FindMinimumfx,y,x,x0,y,y0FindMinimumfx,y,x,x0,y,y0功能：以 ， 为初始条件，求函数 的极小值。0 xx 0 xx 0yy )(xf),(yxf第5页/共12页2

5、 2、边学边做（1 1）求函数）求函数 在在-3-3，33内的极值内的极值解解 自定义函数自定义函数 fx_:=x4-2fx_:=x4-2* *x2;x2;作函数图像作函数图像 Plotfx,x,-3,3,AxesLabel-Plotfx,x,-3,3,AxesLabel-x,y x,y 因而可确定函数在因而可确定函数在-3-3，33内有两个极小值，相应内有两个极小值，相应选择初始值求得函数在不同区间内的极小值。选择初始值求得函数在不同区间内的极小值。FindMinimumfx,x,-2 FindMinimumfx,x,-2 输出结果为输出结果为-1-1，x-x-1-1FindMinimumf

6、x,x,0.5FindMinimumfx,x,0.5输出结果为输出结果为1 1，x-x-11本题还有一极大值，本题还有一极大值，MathematicsMathematics中没有提供求函中没有提供求函数极大值的命令，因而需作转化数极大值的命令，因而需作转化FindMinimum-fx,x,-0.5FindMinimum-fx,x,-0.5 输出结果为输出结果为0 0，x-0 x-0242)(xxxf-3-2-1123x-1123y第6页/共12页（2 2）求函数）求函数 的极值的极值解解 作函数图形（作法见第二节）作函数图形（作法见第二节）FindMinimumx2+y2-xFindMinim

7、umx2+y2-x* *y-3x-y-3x-2y+3,x,0.5,y,0.52y+3,x,0.5,y,0.5 输出结果为输出结果为-3.33333,x-2.66667,y-3.33333,x-2.66667,y-2.333332.33333323),(22 yxxyyxyxf第7页/共12页-4-2241234 二、用求驻点的方法求函数极值二、用求驻点的方法求函数极值 边学边做(1)(1)求函数求函数 的极值的极值解解 自定义函数自定义函数fx_:=4fx_:=4* *(x+1)/(x2+1);(x+1)/(x2+1); Df=fx;Df2x_:=fx; Df=fx;Df2x_:=fx; 解方

8、程求驻点解方程求驻点 NSolveDf=0,xNSolveDf=0,x 输出结果为输出结果为x1=-2.41421x1=-2.41421，x2=0.414214x2=0.414214 用二阶导数判别极值用二阶导数判别极值 f-2.41421=0.2426430 f-2.41421=0.2426430，函数有极，函数有极小值小值 f-2.41421 f-2.41421 输出结果输出结果-0.828427-0.828427 f0.414214=-8.242630 f0.414214=-8.24263-3,y-0,x-3,y-x-3,y-0,x-3,y-2,x-1,y-0,x-1,y-22,x-1,

9、y-0,x-1,y-2比较各点函数值比较各点函数值 fx,y/.%fx,y/.% 输出结果为输出结果为 2727，3131， -5-5，-1-1可求得最值为可求得最值为3131xyxyxyxf933),(2233第9页/共12页三三SolveSolve，WhichWhich，PrintPrint，PlotPlot综合应用求综合应用求极值极值边学边做1 1求函数求函数 的极值、拐点，描的极值、拐点，描绘该函数图像绘该函数图像解解 自定义函数自定义函数 fx_:=x3-3fx_:=x3-3* *x2-9x2-9* *x+5;x+5;画图可观察函数的主要性态画图可观察函数的主要性态Plotfx,x,

10、-Plotfx,x,-5,55,5解方程求驻点并赋值解方程求驻点并赋值 m=Solvefx=0,x; m=Solvefx=0,x; 找驻点结果为找驻点结果为x-1,x-3x-1,x-3取得取得m m中的数值中的数值 x1=x/.m1;x2=x/.m2;x1=x/.m1;x2=x/.m2;计算二阶导数值以判别能否取得极值计算二阶导数值以判别能否取得极值p1=fx1;p2=fx2;p1=fx1;p2=fx2;判别并输出结果判别并输出结果 Whichp1=0,PrintWhichp1=0,Print失效失效 ，p10p10，Print“f-1”Print“f-1”极小值极小值 ，p10p11x-1取

11、得取得n n中的数值中的数值y1=x/.n1y1=x/.n1计算计算x=1x=1近旁两点二阶导数值以判别能否成为拐近旁两点二阶导数值以判别能否成为拐点点 q=fy1-0.1q=fy1-0.1* *fy1+0.1;fy1+0.1;判别并输出结果判别并输出结果 Whichq0Whichq0，PrintPrint无拐点无拐点 ，p0p0，Print“(“1”,”f1”)”,Print“(“1”,”f1”)”,拐点拐点注：（注：（1 1）WhichWhich命令命令格式：格式：WhichWhich条件条件1 1，表达式，表达式1 1，条件，条件2 2，表达式，表达式2 2，条件条件n n，表达式，表达式nn执行方式为依次检验条件，得到第一个条件为真的语句执行方式为依次检验条件，得到第一个条件为真的语句时，将对应表达式