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
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
-1.1 预备知识
--1.1.2本节作业
-1.2 函数的概念
--1.2.2 本节作业
-1.3 函数的基本特性
--1.3.2 本节作业
-1.4 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
--1.5.2 本节作业
-1.6 经济学中几个常见的函数
--1.6.2 本节作业
-第一章单元练习
--习题训练
-2.1 数列的极限
--2.1.3 本节作业
-2.2 函数的极限
--课堂思考
--2.2.4 本节作业
-2.3 无穷小量与无穷大量
--课堂思考
--2.3.4 本节作业
-2.4 极限的性质
--课堂思考
--2.4.4 本节作业
-2.5 两个重要极限
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--2.5.9 本节作业
-2.6 函数的连续性
--课堂思考
--2.6.6 本节作业
-第二章单元练习
--习题训练
-3.1 导数的概念
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.1.7 本节作业
-3.2 求导法则
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--课堂思考(三)
--3.2.8 本节作业
-3.3 高阶导数
--3.3.3 本节作业
-3.4 函数的微分
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--3.4.8本节作业
-3.5 导数与微分的简单应用
--3.5.4本节作业
-第三章单元练习
--习题训练
-4.1 中值定理
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.1.7 本节作业
-4.2 洛必达法则
--课堂思考
--4.2.4 本节作业
-4.3 函数的单调性与极值
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--4.3.5 本节作业
-4.4 函数的最值及应用
--4.4.3 本节作业
-4.5 函数曲线的凹凸性与拐点
--课堂思考
--4.5.4 本节作业
-4.6 函数的微分法作图
--课堂思考
--4.6.5 本节作业
-第四章单元练习
--习题训练
-5.1 不定积分的概念与性质
--5.1.4 本节作业
-5.2 换元积分法
--课堂思考(一)
--课堂思考(二)
--5.2.5 本节作业
-5.3 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
--5.4.3 本节作业
-第五章单元练习
--习题训练
