当前课程知识点:微积分I >  第四章 中值定理与导数的应用 >  4.4 函数的最值及应用 >  4.4.1 连续函数最值求法

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4.4.1 连续函数最值求法在线视频

下一节:4.4.2 最值的应用

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4.4.1 连续函数最值求法课程教案、知识点、字幕

同学们好

前面我们学习了函数的极值以及它的求法

但是由于极值只是一个局部最值的概念

当我们在求一个问题的最优解时

往往要用到全局的最值

所以我们还要掌握

函数在指定范围内的最值的求法

今天我们就接着学习这个问题

我们先看一个特殊的情形

闭区间上连续函数的最值

由前面我们学习过的最值定理知道

闭区间上的连续函数一定能取到最大值和最小值

大家可以看下面的图示情形

由于闭区间上连续函数的最值定理

保证了函数最值的存在性

所以我们可以得到下面

请它的最值的方法第一步

(1)求出定义域内部的极值可疑点

驻点和不可导点

x₁到xₖ

并算出函数值f(xᵢ)

因为如果函数的最值在区间内部取得

这一定是极值

而极值一定存在于驻点或不可导点之中

所以只需要求出区间内部全部的驻点

和不可导点即可

第二步

由于最值还有可能在端点处取得

所以

(2)

求出端点的函数值f(a) f(b)

这样一来

函数的最值就一定在

上述两步求值的点处取得

所以只需要找出这些值中的最值

就是函数在区间上的最值

所以有(3)

最大值

max x∈[a,b] f(x)

等于

max{f(x₁),...,f(xₖ),f(a) ,f(b)}

最小值minx∈[a,b]f(x)

等于min{f(x₁),...,f(xₖ),f(a) ,f(b)}

下面看一个例子

求函数y=2x³+3x²-12x+14

在[-3,4]上的最大值与最小值

第一步

由于函数在区间内部处处可导

所以只需求出区间内部的驻点

因为f'(x)=6(x+2)(x-1)

解方程f '(x)=0得x₁=-2 x₂=1

算出两个驻点处的函数值

f (-2)=34

f (1)=7

再求出两个端点处的函数值f(-3)=23

f(4)=142

最后比较大小得最大值

f(4)=142

最小值f(1)=7

由此可以看出

对于闭区间上的连续函数的最值问题

我们利用这个方法可以在理论上彻底解决

在实际问题中

我们常常没有闭区间这个条件

此时最大的理论问题

就是函数的最值的存在性不容易判定

所以此类问题解决起来有一定难度

但是下面的结论

能够在一定程度上解决这个问题

对于不满足闭区间这个条件的情况

我们不加证明地给出如下结论

设函数f(x) 在区间I

开或闭可无限上连续

且在I内部

只有一个驻点和不可导点x₀

若f(x₀)是极小值

即为最小值

若f(x₀)是极大值

即为最大值

这个结论也可以总结一句话

区间内部的唯一极值既是相应的最值

我们做两点说明

第一这个定理的正确性

大家可以从几何直观上去理解

至于严格的证明

稍微超出我们非数学专业的要求

所以在这里不再给出

有兴趣的同学可以参看数学分析的相关教材

第二

这个定理虽然没有彻底解决函数的最值问题

但在实际问题中经常会用到

下面我们看一个例子

例2

求数列{ⁿ√n }的最大项

数列是离散函数

不能求导

应把n 改为x 转化为连续函数再求导

设f(x)=ˣ√x=x^(1/x) (x≥1)

利用对数求导法

得f'(x) =[x^(1/x) ][(1-lnx)/x²]

令f '(x) =0

得唯一驻点x=e

导数左正右负

故x=e 为f(x) 极大值点

由于其唯一性

该点也是f(x) 的最大值点

由于e 介于2与3之间

所以数列中最大的

只有可能是√2和³√3

而(√2)⁶=8

(³√3)⁶=9

所以√2<³√3

故³√3是所求的最大项

我们看一个利用函数最值

证明不等式的例子

设0≤x≤1 P>1

证明不等式

1/(2ᵖ⁻¹)≤xᵖ+(1-x)ᵖ≤1

证明这个不等式的思路

主要是利用函数的最值

使得最大值不超过1

最小值不小于1/(2ᵖ⁻¹)

因此

先求函数在闭区间[0,1]上的最值

设f(x)=xᵖ+(1-x)ᵖ

则f'(x)=pxᵖ⁻¹-P(1-x)ᵖ⁻¹

令它等于0

解得x=1/2

f(0)=f(1)=1

f (1/2)=1/(2ᵖ⁻¹)

比较得f(x)在[0,1]上的最大值为1

最小值为1/(2ᵖ⁻¹)

故1/(2ᵖ⁻¹)≤f(x)≤1

即1/(2ᵖ⁻¹)≤xᵖ+(1-x)ᵖ≤1

最后我们小结一下

今天讲了三点

一 、闭区间上连续函数的最值

二、其它区间上连续函数的最值

三、利用最值证明不等式

今天就讲到这里

谢谢

微积分I课程列表:

导言 课程介绍

-微积分简要介绍

第一章 函数

-1.1 预备知识

--1.1.1 实数简介

--1.1.2本节作业

-1.2 函数的概念

--1.2.1 函数的概念

--1.2.2 本节作业

-1.3 函数的基本特性

--1.3.1 函数的几个特性

--1.3.2 本节作业

-1.4 反函数与复合函数

--1.4.1 反函数与复合函数

--1.4.2 本节作业

-1.5 基本初等函数与初等函数

--1.5.1 基本初等函数与初等函数

--1.5.2 本节作业

-1.6 经济学中几个常见的函数

--1.6.1 经济学中常见的几个函数

--1.6.2 本节作业

-第一章单元练习

--习题训练

--数学实验一 函数图形

第二章 极限与连续

-2.1 数列的极限

--2.1.1 数列极限的描述性定义

--2.1.2 数列极限的分析定义

--2.1.3 本节作业

-2.2 函数的极限

--2.2.1 函数在无穷远处的极限定义

--2.2.2 函数在一点处的极限定义

--课堂思考

--2.2.3 函数在一点处的单侧极限定义

--2.2.4 本节作业

-2.3 无穷小量与无穷大量

--2.3.1 无穷小量的定义及其性质

--2.3.2 无穷小量阶的比较

--课堂思考

--2.3.3 无穷大量的定义

--2.3.4 本节作业

-2.4 极限的性质

--2.4.1 极限的几个性质

--2.4.2 极限的四则运算法则

--课堂思考

--2.4.3 极限的四则运算法则的应用

--2.4.4 本节作业

-2.5 两个重要极限

--2.5.1 极限存在的两个准则(单调有界及两边夹)

--2.5.2 第一重要极限

--2.5.3 第一重要极限应用

--课堂思考(一)

--2.5.4 第二重要极限

--2.5.5 第二重要极限应用

--2.5.6 连续复利模型介绍

--课堂思考(二)

--2.5.7 常见等价无穷小量

--2.5.8 等价无穷小量的代换求极限

--2.5.9 本节作业

-2.6 函数的连续性

--2.6.1 函数连续的定义

--2.6.2 第一类间断点

--2.6.3 第二类间断点

--课堂思考

--2.6.4 连续函数的四则运算与复合运算性质及应用

--2.6.5 最值定理及介值定理

--2.6.6 本节作业

-第二章单元练习

--习题训练

--数学实验二 求极限

第三章 导数与微分

-3.1 导数的概念

--3.1.1 导数定义的引例

--3.1.2 导数的定义

--3.1.3 导数的几何意义

--课堂思考(一)

--3.1.4 可导与连续的关系

--3.1.5 利用定义求函数的导数

--3.1.6 分段函数的导数

--课堂思考(二)

--3.1.7 本节作业

-3.2 求导法则

--3.2.1 导数的四则运算(1)

--3.2.2 导数的四则运算(2)

--课堂思考(一)

--3.2.3 反函数的导数

--3.2.4 复合函数的求导法则

--3.2.5 复合函数的求导示例

--课堂思考(二)

--3.2.6 隐函数的导数

--3.2.7 对数求导法

--课堂思考(三)

--3.2.8 本节作业

-3.3 高阶导数

--3.3.1 高阶导数

--3.3.2 几个常见函数高阶导数

--3.3.3 本节作业

-3.4 函数的微分

--3.4.1 微分的定义

--3.4.2 微分与导数的关系

--3.4.3 微分的几何意义

--课堂思考(一)

--3.4.4 微分的四则运算

--3.4.5 微分的复合运算规则

--3.4.6 微分的复合运算规则的应用

--课堂思考(二)

--3.4.7 微分的应用近似计算

--3.4.8本节作业

-3.5 导数与微分的简单应用

--3.5.1 边际分析

--3.5.2 弹性分析

--3.5.3 经济学中常见的几个弹性

--3.5.4本节作业

-第三章单元练习

--习题训练

--数学实验三 求导数

第四章 中值定理与导数的应用

-4.1 中值定理

--4.1.1 费马引理

--4.1.2 罗尔中值定理

--4.1.3 罗尔中值定理的应用

--课堂思考(一)

--4.1.4 拉格朗日中值定理

--4.1.5 拉格朗日中值定理的应用

--4.1.6 柯西中值定理

--课堂思考(二)

--4.1.7 本节作业

-4.2 洛必达法则

--4.2.1 洛必达法则--0/0型

--4.2.2 洛必达法则--∞/∞型

--课堂思考

--4.2.3 洛必达法则--其他型

--4.2.4 本节作业

-4.3 函数的单调性与极值

--4.3.1 函数的单调性判定

--4.3.2 函数的单调性应用

--课堂思考(一)

--4.3.3 函数的极值--第一判定法

--4.3.4 函数的极值--第二判定法

--课堂思考(二)

--4.3.5 本节作业

-4.4 函数的最值及应用

--4.4.1 连续函数最值求法

--4.4.2 最值的应用

--4.4.3 本节作业

-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点

--4.5.1 函数的曲线的凹凸性的定义

--4.5.2 函数的曲线的凹凸性的判定

--课堂思考

--4.5.3 拐点的定义及其求法

--4.5.4 本节作业

-4.6 函数的微分法作图

--4.6.1 函数曲线的水平渐近线

--4.6.2 函数曲线的竖直渐近线

--4.6.3 函数曲线的斜渐近线

--课堂思考

--4.6.4 微分法作图

--4.6.5 本节作业

-第四章单元练习

--习题训练

--数学实验四 求函数最值

第五章 不定积分

-5.1 不定积分的概念与性质

--5.1.1 原函数的概念

--5.1.2 不定积分的概念及性质

--5.1.3 基本初等函数的积分公式

--5.1.4 本节作业

-5.2 换元积分法

--5.2.1 第一换元积分法(一)

--5.2.2 第一换元积分法(二)

--课堂思考(一)

--5.2.3 第二换元积分法(一)

--5.2.4 第二换元积分法(二)

--课堂思考(二)

--5.2.5 本节作业

-5.3 分部积分法

--5.3.1 分部积分法

--课堂思考

--5.3.2 本节作业

-5.4 有理函数的积分

--5.4.1 真分式的分解

--5.4.2 最简分式的积分

--5.4.3 本节作业

-第五章单元练习

--习题训练

--数学实验五 求不定积分

拓展阅读

-1 函数建模应用

-2 极限建模应用

-3 导数建模应用

-4 函数极值建模应用

-5 不定积分建模应用

4.4.1 连续函数最值求法笔记与讨论

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