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文档简介
1、§4 函数的最大值最小值问题最值与极值的重要区别: 极值是一点局部的形态; 最值是某区间整体的形态。先讨论必要性: 是在内的最大(小)值,必是在的极大(小)值点,是的稳定点或不可导点稳定点在的可能的最值点: 不可导点区间端点下面就两种常见的情形给出判别法,以最大值为例说明1闭区间情形设在连续,这时在必有最大值则将所有稳定点、不可导点和区间端点的函数值进行比较(如果可能的话),最大者即是最大值2开区间情形设在可导,且在有最大值若在内有唯一的稳定点,则是最大值点注意强调最值的存在性例1 一块边长为a的正方形,在四个角上截去同样大小的正方形,做成无盖的盒,问截去多大的小方块能使盒的容积最大
2、?解 设为截去的小方块的边长,则盒的容积为 。显然,在可导,且令得或。因此在中有唯一的稳定点。由实际问题本身知在中必有最大值,故知最大值为。即截去的小的方块边长为时,盒的容积最大。例2求函数在的最大值和最小值解 ,因此 ,故的稳定点为,不可导为。比较所有可能的最值点的函数值:即得最大值为,最小值为。例3 在正午时,甲船恰在乙船正南处,以速度向正东开出;乙船也正以速度向正南开去(图515)已知两船航向不变,试证:下午二时,两船相距最近证明 设小时后,两船相距公里,则显然有,求的最小值等价于求的最小值。令的唯一稳定点。比较和点的值:,故时函数达到最小值,即下午二时,两船相距最近例4做一个圆柱形无盖
3、铁桶,容积一定,设为问铁桶的底半径与高的比例应为多少,才能最省铁皮?解设铁桶底半径为,高为(见图514),则所需铁皮面积为利用巳知条件,得则面积可化为的函数于是问题化为求函数在内的最小值问题。令,得到唯一的稳定点,又由实际问题本身知在必有最小值,从而唯一的稳定点必是最小值点,此时有,即当底半径与高相等,均为时,最省铁皮。例4 根据物理学的费马原理,光线沿着所需时间为最少的路线传播今有,两种介质,以为分界线光在介质I与介质中的传播速度分别为和。问:光线由介质I中的点A到介质中的点B,应走哪一条路线?解 取分界线L所在直线为Ox轴过A,B作L的垂线,设垂足为,设,并选定为坐标原点(图5-16)。光
4、线在同一介质中的传播途径应当是直线。设想光线从点A到点B所走的路线通过L上的点M,M的坐标为x。于是问题化为,当x取何值时,折线AMB才是光线所有的路线。光线从点A到达点B所需的时间为根据费马原理,我们要求的是上述函数的最小值,因为恒为正,所以在上严格单调上升,从而方程至多有一个根,即函数至多有一个稳定点又因为是的连续函数,且,所以方程的根位于区间内,记作这就是函数的唯一稳定点已知恒为正,因此,于是由极值第二充分条件,为函数的极小值又,因而连续函数的最小值必在内部达到于是可以断定,唯一的极小值就是最小值这表明,当点M的横坐标时,折线就是AMB光线所走的路线上面的时沦只告诉我们:,并不知道的具体数值求出的值比较困难,不过实际上并不需要,我们可以从几何上作如下说明:所满足的方程可写为 即 或 这就是说,
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