中值定理6-单调性与极值

单调性与极值

概念:有函数y=f(x):y=f(x):y=f(x):
1.x∈D1.x\in D1.xD
2.f′(x){=0不存在→不一定2.f'(x)\begin{cases}=0\\不存在 \end{cases} \rightarrow不一定2.f(x){=0
3.有两种辨别法可以判断函数的极值点3.有两种辨别法可以判断函数的极值点3.
方法一:第一充分条件
{x&lt;x0,f′(x)&lt;0x&gt;x0,f′(x)&gt;0⟹x=x0为极小点\begin{cases}x&lt;x_0,f&#x27;(x)&lt;0 \\ x&gt;x_0,f&#x27;(x)&gt;0 \end{cases}\Longrightarrow x=x_0 为极小点{x<x0,f(x)<0x>x0,f(x)>0x=x0

注解:若x位于x0若x位于x_0xx0的左边,它的一阶导数小于0,说明函数是在单调递减的;当x位于x0x位于x_0xx0的右边时,它的一阶导数大于0,又说明函数是在单调递增的。也就是先递减到了x0x_0x0点之后递增。所以x0x_0x0是极小值。

{x&lt;x0,f′(x)&gt;0x&gt;x0,f′(x)&lt;0⟹x=x0为极大点\begin{cases}x&lt;x_0,f&#x27;(x)&gt;0 \\ x&gt;x_0,f&#x27;(x)&lt;0 \end{cases}\Longrightarrow x=x_0 为极大点{x<x0,f(x)>0x>x0,f(x)<0x=x0

注解:若x位于x0若x位于x_0xx0的左边,它的一阶导数大于0,说明函数是在单调递增的;当x位于x0x位于x_0xx0的右边时,它的一阶导数小于0,又说明函数是在单调递减的。也就是先递增到了x0x_0x0点之后递减。所以x0x_0x0是极大值。

方法二:第二充分条件
f′(x0)=0,f′′(x0){&gt;0,极小点&lt;0,极大点f&#x27;(x_0)=0,f&#x27;&#x27;(x_0)\begin{cases}&gt;0,极小点\\ &lt;0,极大点 \end{cases}f(x0)=0,f(x0){>0<0

注解: 当x0x_0x0点的一阶导数等于0时,若x0x_0x0点的二阶导数大于0则该点为极小点,若x0x_0x0点的二阶导数小于0则该点为极大点。

二阶导数大于0为极小点的证明:

已知:f′(x0)=0,f′′(x0)&gt;0.请证明:f(x0)为极小点已知:f&#x27;(x_0)=0,f&#x27;&#x27;(x_0)&gt;0. 请证明:f(x_0)为极小点f(x0)=0,f(x0)>0.f(x0)
根据极限定义得:

f′′(x0)=lim⁡x→x0f′(x)−f′(x0)x−x0&gt;0f&#x27;&#x27;(x_0)=\underset{x\to x_0}{\lim}\frac{f&#x27;(x)-f&#x27;(x_0)}{x-x_0}&gt;0f(x0)=xx0limxx0f(x)f(x0)>0
∃δ&gt;0当0&lt;∣x−x0∣&lt;δ时f′(x)x−x0&gt;0\exists \delta &gt;0 当0&lt;|x-x_0|&lt;\delta时 \frac{f&#x27;(x)}{x-x _0}&gt;0δ>00<xx0<δxx0f(x)>0

有去心邻域(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)(x_0-\delta,x_0),(x_0,x_0+\delta)(x0δ,x0),(x0,x0+δ)
{f′(x)&lt;0x∈(x0−δ,x0)f′(x)&gt;0x∈(x0,x0+δ)\begin{cases}f&#x27;(x)&lt;0 \qquad x\in (x_0-\delta,x_0) \\f&#x27;(x)&gt;0 \qquad x\in (x_0,x_0+\delta)\end{cases}{f(x)<0x(x0δ,x0)f(x)>0x(x0,x0+δ)

注解: 当x∈(x0−δ,x0)x\in (x_0-\delta,x_0)x(x0δ,x0)时,(x−x0)(x-x_0)(xx0)即分母<0,要保证跟题目所给的条件f′′(x)&gt;0f&#x27;&#x27;(x)&gt;0f(x)>0一致就必须要保证分子也要小于0,分子分母同号才可以让整个式子大于0.因为题目已知:f′(x0)=0f&#x27;(x_0)=0f(x0)=0,所以f’(x)<0。f′(x)&gt;0同理f&#x27;(x)&gt;0同理f(x)>0

一阶导数在去心邻域内先递减到x0x_0x0点之后递增,根据第一充分条件可得
x=x0为极小点x=x_0为极小点x=x0

二阶导数小于0为极大点的证明:

已知:f′(x0)=0,f′′(x0)&lt;0.请证明:f(x0)为极大点已知:f&#x27;(x_0)=0,f&#x27;&#x27;(x_0)&lt;0. 请证明:f(x_0)为极大点f(x0)=0,f(x0)<0.f(x0)
根据极限定义得:

f′′(x0)=lim⁡x→x0f′(x)−f′(x0)x−x0&lt;0f&#x27;&#x27;(x_0)=\underset{x\to x_0}{\lim}\frac{f&#x27;(x)-f&#x27;(x_0)}{x-x_0}&lt;0f(x0)=xx0limxx0f(x)f(x0)<0
∃δ&lt;0当0&lt;∣x−x0∣&lt;δ时f′(x)x−x0&lt;0\exists \delta &lt;0 当0&lt;|x-x_0|&lt;\delta时 \frac{f&#x27;(x)}{x-x _0}&lt;0δ<00<xx0<δxx0f(x)<0

有去心邻域(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)(x_0-\delta,x_0),(x_0,x_0+\delta)(x0δ,x0),(x0,x0+δ)
{f′(x)&gt;0x∈(x0−δ,x0)f′(x)&lt;0x∈(x0,x0+δ)\begin{cases}f&#x27;(x)&gt;0 \qquad x\in (x_0-\delta,x_0) \\f&#x27;(x)&lt;0 \qquad x\in (x_0,x_0+\delta)\end{cases}{f(x)>0x(x0δ,x0)f(x)<0x(x0,x0+δ)

一阶导数在去心邻域内先递减到x0x_0x0点之后递增,根据第一充分条件可得
x=x0为极大点x=x_0为极大点x=x0

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