曲线的极值与最值
高数9凹凸、极值与最值
就称f ( x0 )是函数f ( x)的一个极小值.
函数的极大值与极小值统称为极值,使函数取得 极值的点称为极值点.
二、函数极值的求法
定理1(必要条件) 定义 使导数为零的点
做函数 f ( x ) 的驻点 .
x 0
0,
故 f ( x 0 x ) f ( x 0 ) 与 x 异号，
当 x 0时， 当 x 0时，
有 f ( x 0 x ) f ( x 0 ) 0 ,
有 f ( x 0 x ) f ( x 0 ) 0 ,
所 以 ， 函 数 f ( x ) 在 x 0 处 取 得 极 大 值 ． 同理可证(2).
例2 求曲线 解
y 3 x 4 x 1 的拐点及
4 3
凹、凸的区间
D : ( , )
3 2
.
y 36 x ( x 2 3 . 2 3 ).
y 12 x 12 x ,
令 y 0 ,
得 x1 0, x 2
x
f ( x )
f (x)
y
o
x0
x
o
x0
x
求极值的步骤:
( 1 ) 求导数 f ( x );
(不是极值点情形)
( 2 ) 求驻点，即方程
f ( x ) 0 的根 ;
( 3 ) 检查 f ( x ) 在驻点左右的正负号
( 4 ) 求极值 .
, 判断极值点
;
例1 求出函数 解
f ( x ) x 3 x 9 x 5 的极值 .
高等数学《函数的极值与最大、最小值》课件
3) 若 f ( x)在开区间内定义,这时最值不一定存 在 ,有些实际应用问题根据实际可确定问题一 定有解 .
设 f ( x)在开区间内定义且可导, f ( x)在开区间内 有唯一驻点 x0 ,若 f ( x0 )是 f ( x)的极小值(极大值) , 则 f ( x0 )是 f ( x)的最小值 (最大值) .
f (0) 1为极大值 , 即为最大值 .
x 1时, f ( x) f (0) 1 , 即当 x 1时, 有 e x 1 . 1 x
小结
注意最值与极值的区别. 最值是整体概念而极值是局部概念. 实际问题求最值的步骤. 利用最大、小值证明不等式
思考题
若 f (a) 是 f ( x) 在[a, b] 上的最大值或最 小值，且 f (a)存在，是否一定有 f (a) 0 ？
当x 2时，f ( x) 0;
M
当x 2时，f ( x) 0.
f (2) 1为f ( x)的极大值.
定理2(第二充分条件)
设 f ( x) 在 x0处具有二阶导数,且 f ( x0 ) 0 , f ( x0 ) 0 ,则 (1) 若 f ( x0 ) 0 ,则 f ( x0 )为 f ( x)的极大值 .
f
( xk ),
f
(a),
f
(b)
}.
min
x[ a ,b ]
f (x)
min{
f ( x1) ,,
f ( xk ),
f (a),
f (b) }.
例1 求函数 y 2x3 3x2 12x 14 的在[3,4] 上的最大值与最小值.
解 f ( x) 6( x 2)(x 1)
解方程 f ( x) 0,得 x1 2, x2 1.
最值和极值的区别和联系
最值和极值的区别和联系极值与最值的关系是局部与整体的关系。
极值是局部的最概念，而最值是整体的最概念。
也就是说极值是局部的最大或最小值，而最值是整体的最大或最小值。
一元函数中，我们求极值是通过求导数，使导数等于零的点就可能为极值。
这里的逻辑是什么呢？在经济学上有一个概念叫做边际，导数也就是每一个点的边际值。
通过学习定积分，我们知道了，如果要求一个函数的原函数值，那么我们可以求出在这个区间上每一个点所对应的导数值，把所有值相加，也就是原函数值了，图像上也就是导函数所对应区间的面积。
这样我们就可以发现，当边际值为正的时候，那么原函数的值始终是增长的。
当边际值一旦为负，那么原函数的值就开始下降。
因为一元函数是平面上的线，所以在这一条线上的极值是边际值为零所对应的函数取值。
由此我们扩充到二元函数领域。
二元函数相当于一个立体的单元。
我们可以将二元函数理解为等高地形图。
则极值点，也就是每一个峰值和低谷。
而最大值就是峰值最高的那一个点，最小值就是低谷最低的那一个点。
这些峰值和低谷有什么特征呢？垂直于地平面的任意截面，在这些截面平面上，（x0，y0）都是极值此我们可以得出，极值点的必要条件是。
对x的导函数我和y的导函数都存在。
且当这些导函数取（x0，y0）时，它们的值都是零。
那么，它的充要条件是什么呢？这个就要应用到二元函数的泰勒公式。
一元函数的泰勒公式表示的意思是，模拟出一条曲线，是这条曲线无限接近于原来的区县。
而二元函数模拟出来的是一个曲面，这个曲面无限接近于原来的前面。
那怎么求二元函数的极值呢？关于这个内容，我不做赘述，大家可以去查询资料，主要是关于二元函数的泰勒公式推导出来的。
先求出一阶偏导数等于零的方程组，得出（x0,y0）,再通过求二阶偏导数，FXX(x0,y0)=A,FXY(x0,y0)=B,FYY（x0,y0）=C,l 若AC-B2＞0，A＜0。
则有极大值l 若AC-B2＞0，A＞0。
则有极小值l 若AC-B2＜0，则没有极值l 若AC-B2＝0，则可能有极值，也可能没有极值。
3.5 函数的极值与最大值最小值
因为在1的左右邻域内f (x)0
所以f(x)在1处没有极值 同理 f(x)在1处也没有极值
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例4已知f(x)x3+ax2bx在x=1处有极值-12,试确定常系数a与b 解 因为f(x)x3+ax2bx,所以 f (x)3x2+2ax+b 因为f(1)=-12为极值点,所以,令f (1)0
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三、数学建模——最优化问题
1.数学建模 数学模型是用数学符号、数学公式、程序、图、表 刻画客观事物的本质的属性、结构与联系。创建一个 数学模型的全过程称为数学建模。为解决一个实际问 题，建立数学模型是一种有效的重要方法．
2.最优化模型 给定一个函数(称为目标函数)，寻找自变量的一个取值使得 对于定义域中所有的情况中，目标函数取得最小值或者最大 值．
f (x)
f(x)
↗
不可导
极大值0
↘
0
极小值
1 2
↗
(4)函数f(x)在区间( 0)和(1 )单调增加, 在区间 (0 1)单调减少. 在点x0处有极大值0，在点x1处有极小值-1/2
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定理3(第二充分条件)
设函数f(x)在点x0处具有二阶导数且f (x0)0 f (x0)0 那么 >>>证明 (2)当f (x0)0时 函数f(x)在x0处取得极小值
M
注意：极值在哪些点处取得？
m
驻点 + 奇点
x1 x2
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x3 x4 x5
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最大值和最小值的求法 (1)求出函数f(x)在(a b)内的驻点和不可导点 设这此点
函数的极值与最大值最小值
lim
x x0
f (x) f (x0 ) (x x0 )n
2
(n为正整数)
试讨论 f (x)在 x x0 点的极值问题.
解：由于 lim f (x) f (x0 ) 2 0， xx0 (x x0 )n
则
0，当x U (x0, ) 时，有
f
(x) f (x0 ) (x x0 )n
a 1 当a 1时，则1 e1a 0，a 1 0，于是，f (a) 0； 当a 1时，则1 e1a 0，a 1 0，于是，f (a) 0； 因此，当a 1时，f (a) 0，由第二充分条件可知： f (a) 为极小值.
-11-
例 4 设 f (x)在 x0 的某个邻域内连续，且
切线与直线 y 0 及 x 8所围成的三角形面积最大．
解 如图，设所求切点为 P(x0, y0 ), y
T
则切线PT为：y y0 2x0 (x x0 ),
B
P
y0 x02 ,
oA
Cx
A(
1 2
x0
,
0),
C(8, 0),
B(8, 16x0 x02 )
SABC
1(8 2
1 2 x0 )(16 x0
由极值定义可知：f (x)在 x0 不取得极值.
-13-
二、最大值最小值问题
假定：f (x)在[a,b]上连续，在(a,b)内除有限个点外可导， 且至多有有限个驻点.
讨论：f (x) 在[a,b]上的最大值与最小值的问题.
★ 最值的存在性：
若 f (x)在[a,b] 上连续，则 f (x) 在[a,b]上的最值必定存在.
如：y x3，y x0 0， 但 x 0 不是极值点.
【注 2】函数的极值点只可能是驻点或导数不存在的点.
函数极值与最值的区别
函数极值与最值的区别摘要：1.极值与最值的概念区分2.极值的局部性质3.最值的全局性质4.极值与最值的联系5.实际应用举例正文：在数学领域，函数的极值和最值是两个密切相关但又有所区别的概念。
许多人常常会将它们混淆，但实际上它们有着明确的定义和性质。
本文将详细探讨函数极值与最值的区别，并通过实例帮助大家更好地理解这两个概念。
首先，我们来区分一下极值和最值。
极值是指函数在某个局部区域内的最大值或最小值，它是一个局部性质。
最值则是指函数在整个定义域内的最大值或最小值，它是一个全局性质。
简而言之，极值关注的是局部表现，而最值关注的是全局表现。
接下来，我们来了解极值的局部性质。
在数学中，极值点通常是指函数在该点处可导且导数为零的点，或者是不可导的点。
在极值点附近，函数的值会在某个方向上单调递增或递减。
也就是说，极值点是函数在局部区域内最大或最小的点。
需要注意的是，极值并不一定是最值，因为最值还包括端点值和不可导点的值。
然后，我们来了解最值的全局性质。
最值通常出现在极值点、不可导点和端点（如果可取到）处。
在这些点上，函数的值要么是最大值，要么是最小值。
最值是函数在整个定义域内的最大值或最小值，具有唯一性。
也就是说，一个函数只有一个最大值和一个最小值。
此外，我们还需要注意到极值与最值之间的联系。
在许多情况下，极值点处的值会等于或接近最值。
然而，这并不是绝对的，因为极值仅仅是在局部区域内的最大或最小值，而最值则是全局范围内的最大或最小值。
因此，在寻找函数的极值时，我们需要关注局部性质，而在寻找最值时，我们需要关注全局性质。
最后，我们通过一个实际应用举例来进一步说明极值与最值的区别。
假设我们有一个函数f(x) = x^2 - 2x + 1。
我们可以求出该函数的导数f"(x) = 2x - 2，并令其等于零，得到极值点x = 1。
在这个例子中，极值点处的值f(1) = 0确实是全局最值之一（另一个全局最值是f(x) = 1，对应于x = 0或x = 2）。
函数的极值与最值的求解方法
函数的极值与最值的求解方法函数的极值与最值是数学中的重要概念，它们在各个领域的问题中都有着广泛的应用。
本文将介绍函数的极值与最值的求解方法，帮助读者更好地理解和应用这些概念。
一、函数的极值函数的极值是指函数在定义域内的某个点或某些点上取得的最大值或最小值。
寻找函数的极值可以通过以下步骤进行。
1. 确定函数的定义域首先，我们需要确定函数的定义域，即函数所能取值的范围。
函数的定义域可以通过对函数进行分析、画图或进行其他方法来确定。
2. 求函数的导数求出函数的导数后，我们可以通过导数的性质来确定函数的极值点。
导数为0的点可能是函数的极值点，但并不确定它们是否为极值点，还需要进一步的分析。
3. 确定极值点经过分析导数为0的点，我们可以通过二阶导数的符号判断这些点是否为函数的极值点。
若二阶导数为正，则该点为函数的极小值点；若二阶导数为负，则该点为函数的极大值点。
若二阶导数不存在，则需要通过其他方法进行分析。
二、函数的最值函数的最值是指函数在定义域内的某个点或某些点上取得的最大值或最小值。
寻找函数的最值可以通过以下步骤进行。
1. 确定函数的定义域与寻找函数的极值相同，首先我们需要确定函数的定义域。
2. 分析函数的边界点在定义域的边界上求函数的值，将这些点与极值点进行比较，即可求得函数的最值。
需要注意的是，在闭区间上求最值时，要将区间的两个端点也考虑进去。
3. 比较函数的极值以及边界值对于函数的极值点和边界点所对应的函数值，进行比较，找出其中的最大值和最小值即可得到函数的最值。
三、总结与应用函数的极值和最值的求解方法是数学中重要的内容，对于优化问题、最优化问题等有着广泛的应用。
在实际问题中，可以将函数的极值与最值的求解应用到经济学、物理学、工程学等多个领域中。
需要注意的是，函数的极值与最值可能有多个，所以在求解的过程中需要综合考虑多个情况，并进行分析和比较。
同时，在实际问题中，由于函数形式的多样性，有时可能需要借助数值方法或计算机仿真等手段来求解函数的极值与最值。
函数的极值与最值的求解方法
函数的极值与最值的求解方法在数学中，函数的极值与最值是我们经常遇到的问题。
极值是指函数在某一区间内达到的最大值或最小值，而最值则是函数在整个定义域内的最大值或最小值。
正确地求解函数的极值与最值对于解决实际问题和优化算法具有重要意义。
本文将介绍一些常见的函数极值与最值的求解方法。
一、导数法求函数极值导数法是求解函数极值的常用方法之一。
对于一元函数，我们可以通过求取其导数来确定函数的极值点。
具体步骤如下：1. 求取函数的导数。
根据函数的表达式，求取其一阶导数。
对于高阶导数存在的情况，可以继续求取导数直到找到导数不存在的点。
2. 解方程求取导数为零的点。
导数为零的点对应着函数的极值点。
将导数等于零的方程进行求解，找到函数的极值点。
3. 判断极值类型。
在找到导数为零的点后，可以通过二阶导数或借助函数图像来判断该点处的极值类型。
若二阶导数大于零，则为极小值；若二阶导数小于零，则为极大值。
二、边界法求函数最值边界法是求解函数最值的一种有效方法。
当函数在闭区间上连续且有界时，最值一定是在该闭区间的端点处取得的。
具体步骤如下：1. 确定函数定义域的闭区间。
根据函数表达式或实际问题，找到函数定义域所对应的闭区间。
2. 计算函数在端点处的取值。
将函数在闭区间的端点处依次带入函数表达式，计算函数的取值。
3. 比较函数取值找到最值。
对于最大值，选取函数取值最大的端点；对于最小值，选取函数取值最小的端点。
三、拉格朗日乘数法求函数约束条件下的极值当函数需要满足一定的约束条件时，可以使用拉格朗日乘数法来求解函数的极值。
该方法适用于带有约束条件的最优化问题，具体步骤如下：1. 设置拉格朗日函数。
将原函数与约束条件构建为一个拉格朗日函数，其中拉格朗日乘子为未知数。
2. 求取拉格朗日函数的偏导数。
对拉格朗日函数进行偏导数运算，得到一组方程。
3. 解方程求取极值点。
将得到的偏导数方程组求解，找到满足约束条件的极值点。
4. 判断极值类型。
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曲线的极值与最值
在微积分中，我们经常会遇到求曲线的极值与最值的问题。
曲线的极值是指函数在某一点上的最大值或最小值，而最值则指函数在整个
定义域上的最大值或最小值。
本文将探讨如何通过求导和分析判断曲
线的极值以及最值。
1. 极值的判断
要求曲线的极值，首先需要求得函数的导数。
导数可以通过求导公式、链式法则、乘法法则等方法来计算。
一旦求得导数，我们就可以
通过导数的零点来判断曲线的极值。
具体的步骤如下：
1.1 求导
对给定的函数进行求导，即求得函数的导函数。
假设给定的函数为f(x)，其导函数为f'(x)。
1.2 导数为零或不存在的点
将导数f'(x)置零，然后求解得到的方程f'(x) = 0的解，即为函数f(x)的极值点。
如果导数不存在的点也可以是极值点，此时我们需要验证导数在该点的左右极限是否存在且相等，如果存在且相等，则该点为函数的极
值点。
1.3 极值判断
对于导数为零或不存在的点，我们可以通过二阶导数的符号来判断
是极大值还是极小值。
计算给定函数的二阶导数f''(x)，然后代入极值点得到的f(x)值，如
果f''(x)>0，则该点为极小值点；如果f''(x)<0，则该点为极大值点。
2. 最值的判断
曲线的最值指的是函数在整个定义域上的最大值或最小值。
对于求
最值的问题，我们需要在定义域上进行分析，并考虑边界条件以及无
穷远点的情况。
具体步骤如下：
2.1 定义域分析
对给定的函数进行定义域的分析，找到函数的边界点以及无穷远点。
2.2 边界点的求解
在定义域边界上的点可能是函数的最值点，我们需要计算这些点对
应的函数值，并找出最大值和最小值。
2.3 无穷远点的考虑
有些函数在无穷远点处可能存在最值，我们需要分析函数的增减性
和图像的趋势来判断是否存在最值。
3. 实例演示
为了更好地理解曲线的极值与最值问题，我们来看一个例子。
假设
有函数f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x，在区间[-1, 3]上求该函数的极值点和最大值、最小值。
首先，我们需要求得导数：
f'(x) = 3x^2 - 6x + 2
将导数f'(x)置零，解方程得到零点：
3x^2 - 6x + 2 = 0
解得x = 1/3 或 x = 2
然后计算二阶导数：
f''(x) = 6x - 6
代入极值点得到的f(x)值：
f''(1/3) = 2 > 0，这说明x = 1/3 是极小值点。
f''(2) = 6 > 0，这说明x = 2 是极小值点。
接下来，我们来分析定义域和边界点：
定义域是[-1, 3]，边界点为-1和3。
计算边界点对应的函数值：
f(-1) = 4, f(3) = 2
综上所述，函数f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x 在区间[-1, 3]上的极小值点为x = 1/3 和 x = 2，并且最小值为2，最大值为4。
通过以上的分析和计算，我们可以更好地理解曲线的极值与最值问题，并掌握求解方法。
在实际应用中，我们可以利用极值和最值来优
化问题，例如求解优化模型、最大化收益和最小化成本等。
希望本文对您有所帮助！。