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.x∈D
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不存在→不一定
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.有两种辨别法可以判断函数的极值点
方法一:第一充分条件
{x<x0,f′(x)<0x>x0,f′(x)>0⟹x=x0为极小点\begin{cases}x<x_0,f'(x)<0 \\ x>x_0,f'(x)>0 \end{cases}\Longrightarrow x=x_0 为极小点{x<x0,f′(x)<0x>x0,f′(x)>0⟹x=x0为极小点
注解:若x位于x0若x位于x_0若x位于x0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_0x位于x0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<x0,f′(x)>0x>x0,f′(x)<0⟹x=x0为极大点\begin{cases}x<x_0,f'(x)>0 \\ x>x_0,f'(x)<0 \end{cases}\Longrightarrow x=x_0 为极大点{x<x0,f′(x)>0x>x0,f′(x)<0⟹x=x0为极大点
注解:若x位于x0若x位于x_0若x位于x0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_0x位于x0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){>0,极小点<0,极大点f'(x_0)=0,f''(x_0)\begin{cases}>0,极小点\\ <0,极大点 \end{cases}f′(x0)=0,f′′(x0){>0,极小点<0,极大点
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)>0.请证明:f(x0)为极小点已知:f'(x_0)=0,f''(x_0)>0. 请证明:f(x_0)为极小点已知:f′(x0)=0,f′′(x0)>0.请证明:f(x0)为极小点
根据极限定义得:
f′′(x0)=limx→x0f′(x)−f′(x0)x−x0>0f''(x_0)=\underset{x\to x_0}{\lim}\frac{f'(x)-f'(x_0)}{x-x_0}>0f′′(x0)=x→x0limx−x0f′(x)−f′(x0)>0
∃δ>0当0<∣x−x0∣<δ时f′(x)x−x0>0\exists \delta >0 当0<|x-x_0|<\delta时 \frac{f'(x)}{x-x
_0}>0∃δ>0当0<∣x−x0∣<δ时x−x0f′(x)>0
有去心邻域(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)(x_0-\delta,x_0),(x_0,x_0+\delta)(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)
{f′(x)<0x∈(x0−δ,x0)f′(x)>0x∈(x0,x0+δ)\begin{cases}f'(x)<0 \qquad x\in (x_0-\delta,x_0) \\f'(x)>0 \qquad x\in (x_0,x_0+\delta)\end{cases}{f′(x)<0x∈(x0−δ,x0)f′(x)>0x∈(x0,x0+δ)
注解: 当x∈(x0−δ,x0)x\in (x_0-\delta,x_0)x∈(x0−δ,x0)时,(x−x0)(x-x_0)(x−x0)即分母<0,要保证跟题目所给的条件f′′(x)>0f''(x)>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'(x_0)=0f′(x0)=0,所以f’(x)<0。f′(x)>0同理f'(x)>0同理f′(x)>0同理
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为极小点
二阶导数小于0为极大点的证明:
已知:f′(x0)=0,f′′(x0)<0.请证明:f(x0)为极大点已知:f'(x_0)=0,f''(x_0)<0. 请证明:f(x_0)为极大点已知:f′(x0)=0,f′′(x0)<0.请证明:f(x0)为极大点
根据极限定义得:
f′′(x0)=limx→x0f′(x)−f′(x0)x−x0<0f''(x_0)=\underset{x\to x_0}{\lim}\frac{f'(x)-f'(x_0)}{x-x_0}<0f′′(x0)=x→x0limx−x0f′(x)−f′(x0)<0
∃δ<0当0<∣x−x0∣<δ时f′(x)x−x0<0\exists \delta <0 当0<|x-x_0|<\delta时 \frac{f'(x)}{x-x
_0}<0∃δ<0当0<∣x−x0∣<δ时x−x0f′(x)<0
有去心邻域(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)(x_0-\delta,x_0),(x_0,x_0+\delta)(x0−δ,x0),(x0,x0+δ)
{f′(x)>0x∈(x0−δ,x0)f′(x)<0x∈(x0,x0+δ)\begin{cases}f'(x)>0 \qquad x\in (x_0-\delta,x_0) \\f'(x)<0 \qquad x\in (x_0,x_0+\delta)\end{cases}{f′(x)>0x∈(x0−δ,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为极大点