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文档简介

1、2021-11-30一、函数(hnsh)的单调性从几何图形(jh t xng)上来分析abxyo)(xfy ),(ba都是锐角,即斜率 0)(tanxf是上升的 。),(ba如果曲线 在 内所有切线的倾斜角 时,那么曲线在第1页/共26页第一页,共27页。2021-11-30可见,函数(hnsh)的单调性可以用导数的符号来判定。aboyx同样,当 时,曲线在 内是下降。 ),( ba0 )(tanxf我们(w men)有如下定理:第2页/共26页第二页,共27页。2021-11-30定理1 设函数 在 上连续,在区间),(ba)(xfy ba,内可导,(1)如果在 内 ,则 在),(ba0)(

2、 xf)(xfba,上单调增加;),(ba0)( xf)(xf上单调减少。(2)如果在 内 ,则 在注意(zh y): (1)将定理中的闭区间 换成其他各种区间定理的结论(jiln)仍成立。第3页/共26页第三页,共27页。2021-11-30单调增加的充分条件,而不是必要条件。(2)在 内, 只是 在 上),(ba0)( xf)(xf考察函数 3)(xxf,但等号只在个别处成立,(3)如果在区间 内0)( xf(或0)( xf)仍是单调增加(或单调减少)的。则函数 在 上考察函数 3)(xxf第4页/共26页第四页,共27页。2021-11-30例1 判定函数 的单调性。xxxf arcta

3、n)(解 的定义域是 。 ),(在区间 和 都有 ,只有当), 0(0)( xf0 x时, ,所以 在 内单调减少。0)0( f),(例2 求函数 的单调区间。xxxf3)(3解 的定义域是 ),(第5页/共26页第五页,共27页。2021-11-30令 ,得 ,0)( xf1, 1xx它们将定义域),(当 时,)1 , 1(x0)( xf当 时, 。) 1,(), 1 (x0)( xf所以 的单调增加区间是 和 ;单调递减区间是) 1,()1 ,1(例3 确定函数 的单调区间。23352353)(xxxf解 的定义域是),()1,(),(11 分成三个区间 第6页/共26页第六页,共27页。

4、2021-11-30令 ,得 ,又 处导数不存在,0)( xf1x0 x1x, 这两点将 分成三个区间,0 x),(列表分析 在各个区间的符号:)(xf 由表可知, 的单调增加区间为 和,单调减少区间为 。第7页/共26页第七页,共27页。2021-11-30二、函数(hnsh)的极值设函数 在点 的某邻域内有定义,0 x1 定义(dngy)(1)如果对该领域内的任意点 ,都有)(xxx)()(0 xfxf,则称 是 的极大值,称 是)(0 xf)(xf的极大值点。)(xf (2)如果对该领域内的任意点 ,都有)(xxx)()(0 xfxf,则称 是 的极小值,称)(0 xf)(xf是 的极小

5、值点。)(xf第8页/共26页第八页,共27页。2021-11-30函数的极大值和极小值统称(tngchng)为极值,极大值点和极小致点统称(tngchng)为极值点。注意:极值是局部性的。因而,函数可以有许多个极大值和极小值,并且极大值不一定大于极小值。oxyab第9页/共26页第九页,共27页。2021-11-302 极值存在(cnzi)的必要条件和充分条件定理2(极值的必要条件) 如果函数 在点)(xf 处可导,且在点 取得极值,则 。0)(0 xf定理2指出:可导函数(hnsh)的极值点必定是驻点。0)(0 xf)(xf使 的点 称为函数 得驻点。反过来,驻点不一定是极值点。3)(xx

6、f考察函数另一方面,函数不可导的点也可能是极值点。0 xxxf,)(考察函数第10页/共26页第十页,共27页。2021-11-30定理3(极值(j zh)的第一充分条件) 设函数)(xf在点 连续(linx),且在点 的某一空心邻域内可导。 (1)如果在 内 ,在),(00 xx0)( xf),(00 xx内 ,则函数 在点 处取极大值 ;0)( xf)(xf)(0 xf(2)如果在 内 ,在),(00 xx0)( xf),(00 xx内 ,则函数 在点 处取极小值 ;0)( xf)(xf)(0 xf(3)如果 在 和 内不变 )(xf ),(00 xx),(00 xx号,则 在 处无极值。

7、 )(xf第11页/共26页第十一页,共27页。2021-11-30定理3即:设 在点 的某一空心邻域内可导,)(xf当 有小增大经过 时,如果 由正变负,x)(xf 则 是极大值点;如果 由负变正,)(xf 极小值点;如果则 是)(xf 不变号,则 不是极值点。例4 求函数 的极值。1093)(23xxxxf 解 的定义域是)(xf),(令 ,得驻点 。0)( xf3, 121xx当 时,11x0)( xf当 时,31x0)( xf第12页/共26页第十二页,共27页。2021-11-30当 时, 。3x0)( xf)(xf3x在 处取得极小值17)3(f例5 求函数 的极值。123)(32

8、xxxf 解 的定义域是)(xf),(令 ,得驻点 ,而 时 不存在。0)( xf1x0 x)(xf 由定理3知, 在 处取得极大值 。 )(xf11x15) 1(f第13页/共26页第十三页,共27页。2021-11-30因此函数只可能(knng)在这两点取得极值,列表讨论如下:不存在(cnzi)由表可知, 在 处取得极大值 , )(xf0 x1)0(f在 处取得极小值 。1x21)(xf函数 的图形如图123)(32xxxf第14页/共26页第十四页,共27页。2021-11-30 函数在驻点处二阶导数存在时,还可以用函数的二阶导数判定(pndng)函数是否有极值。01x121y 定理4(

9、极值的第二充分条件) 设函数 在点处有二阶导数,且 , ,则0)(0 xf0)(0 xf(1)如果 ,则 在 取得极大值;0)(0 xf(2)如果 ,则 在 取得极小值。0)(0 xf第15页/共26页第十五页,共27页。2021-11-30例6 求函数 的极值。22ln)(xxxf解 的定义域是),(),( 00 令 ,得到两个驻点 。0)( xf1, 121xx由定理4 可知, 都是 的极小值点,1, 121xx1) 1 () 1(ff为函数 的极小值。又第16页/共26页第十六页,共27页。2021-11-30 函数的极值(j zh)是局部性概念,而最值是一个全局性概念。 可以由驻点及导

10、数不存在的点与区间端点的函数值相比较,其中最大的就是函数 在 上的最大值,ba,ba,最小的就是函数 在 上的最小值。注意下述三种(sn zhn)情况:(1)如果 在 上是单调函数;ba,三、函数的最值1 闭区间a,b上的连续函数第17页/共26页第十七页,共27页。2021-11-30(2)如果连续函数 在某区间内只有一个极大)(xf(小)值,而无极小(大)值;(3)在实际问题中,由问题的实际意义可知,确实存在最大值或最小值,又若函数在所讨论的区间内只有一个可能的极值点,则该点处的函数值一定是最大值或最小值。例7 求函数 在区间41232)(23xxxxf4 , 3 上的最大值与最小值。解第

11、18页/共26页第十八页,共27页。2021-11-30比较可知, 在 上最大值为 ,最小值)(xf4 , 3132)4(f为3) 1 (f例9 将边长为a的一块正方形铁皮,四角各截去一各大小相同的小正方形,然后将四边折起做成一个无盖的方盒。问截去的小正方形边长为多大时,所得方盒的容积最大?解 如图设小正方形的边长为x,则盒底的边长为)2(xa 0)( xf得驻点 : 令 ,.,1221 xx第19页/共26页第十九页,共27页。2021-11-30令 ,得 (舍去)。又0 v2,621axax所以函数 在 处取得唯一极大值,此极大值就是最大值。因此,当截去的正方形的边长等于所给正方形铁皮边长

12、的 时,所做的方盒容积最大。v6ax 61ax方盒的容积(rngj)为:第20页/共26页第二十页,共27页。2021-11-30例10 制作一个容积为 的圆柱形密闭容器,V怎样设计才能使所用材料最省? 解 如图,设容器(rngq)的底面半径为 ,高为 ,则表面积为rhrS222所以(suy)令0S , 得驻点 32Vr hrhrV2由已知得故第21页/共26页第二十一页,共27页。2021-11-30所以,所做容器的高和底直径(zhjng)相等时,所用材料最省。 例11 一工厂A与铁路的垂直距离为 ,垂足 akm B到火车站C的铁路长为 ,要在BC段上选)(abbkm一点M向工厂修一条公路,

13、已知铁路与公路每公里运费之比为3:5,问M 选在离C多少公里处,才能使从A到C的运费最少?S有唯一(wi y)驻点,而实际容器存在最小表面积,因此求得的驻点为最小值点,此时第22页/共26页第二十二页,共27页。2021-11-30解 设 , 则xMC 设铁路、公路上每公里运费分别为 从A到,5 ,3kkC需要的总运费为 ,则y令 ,0 y得 (舍去)。因为abxabx43,4321第23页/共26页第二十三页,共27页。2021-11-301x是在区间0, b上的唯一驻点,而实际问题中存在最小值,因而 是最小值点,因此,M选在abx431离C点距离为 处时总运费最省。)(43kmab 例12工厂生产某产品,当年产量为x(单位:百台)时,总成本(单位:万元)为C(x)=3+x,其销售收入 (单位:万元)为 ,问年产量x为25 . 05)(xxxR多少时,总利润L最大?解 利润(lrn)为第24页/共26页第二十四页,共27页。2021-11-30令 ,得驻点 。0)( xL4x的唯一极大值点,于是 (万元)是最大值,5)4(L即每年生产(shngchn)400台时,总利润最大,最大利润为5万元。01)4( L4x)(xL因为 ,所以 是函数 第25页/共26页第二十五页,共27页。感谢您的观看(gunkn)!第26页/共26页第二十

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