极值点、驻点、拐点、关系点

这篇博客介绍了数学中一元和二元函数的极值点、驻点和拐点的概念及判断方法。极值点是导数变号的点,驻点是导数为零的点,拐点是二阶导数变号的点。通过导数和二阶导数的性质来分析这些点的几何意义,并提供了几个关键结论帮助理解函数图形的变化规律。

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三种点都是自变量的值,一元函数就是x, 二元函数就是(x,y)

极值点(是自变量x的值)

极值点:一阶导数发生变号的点,对于导数不存在的点,分析其左导数和右导数的正负是否相同,相同则不是极值点;若不同则为极值点。极值点是该点的x坐标值,而极值是该点对应的y坐标值。

驻点(是一个点对(x,y))

驻点:只是单纯地符合f’(xo)=0的点,导数不存在的点不是驻点。

拐点(点对(x,y))

拐点:二阶导数发生变号的点,对于二阶导数不存在的点,分析其左二阶导数和右二阶导数的正负是否相同,相同则不是拐点;若不同则是拐点。

常用结论:

1.只要f’(xo)=0,那么该点就是驻点。

2.若f’(xo)=0,而f"(xo)≠0,该点一定是极值点。(简单地分析问什么?因为f’’(xo)≠0,那么f’(x)在xo点的左右一定具有变大或者变小的单调方向(f’’(x)在某种意义上,可以理解为f’(x)的变化趋势),所以f’(xo)=0就是f(x)导数变号的零点。)

3.若f’’(xo)=0,而f’’’(xo)≠0,该点一定是拐点。(对于这里的结论也是同理,f’’’(x)代表着f’’(x)的变化趋势–大小和方向,所以当f’’’(xo)≠0,说明f’’(x)在xo点附近具有向上或者向下的单调方向,而f’‘(xo)=0就是f’'(x)的导数变号的零点。)

以下是一个用Mathematica编写的程序,用于绘制函数f(x) = 1/(x^2 + 2x + c) (-5 <= x <= 4) 的图形,并观察其极值点驻点、单调性、凹凸性以及渐近线: ```mathematica (* 定义函数 *) f[x_, c_] := 1/(x^2 + 2 x + c) (* 绘制函数图形 *) Manipulate[ Module[{expr, derivative, secondDerivative, criticalPoints, inflectionPoints, asymptotes}, expr = f[x, c]; derivative = D[expr, x]; secondDerivative = D[expr, {x, 2}]; (* 求解临界 *) criticalPoints = Solve[derivative == 0 && -5 <= x <= 4, x]; (* 求解拐点 *) inflectionPoints = Solve[secondDerivative == 0 && -5 <= x <= 4, x]; (* 求解渐近线 *) asymptotes = Solve[x^2 + 2 x + c == 0, x]; (* 绘制函数图形 *) Plot[expr, {x, -5, 4}, Epilog -> { Red, PointSize[0.02], Point[{x, f[x, c]} /. criticalPoints], Green, PointSize[0.02], Point[{x, f[x, c]} /. inflectionPoints], Blue, Dashed, InfiniteLine[{x, 0}, {0, 1}] /. asymptotes }, PlotRange -> {-5, 5}, PlotLabel -> "f(x) = 1/(x^2 + 2x + c)" ] ], {{c, -1}, {-1, 0, 1, 2, 3}} ] ``` 这个程序使用了`Manipulate`函数来创建一个交互式界面,用户可以通过滑动条选择不同的c值。程序会绘制对应的函数图形,并在图形上标出临界拐点和渐近线。 程序的主要步骤如下: 1. 定义函数f(x, c)。 2. 使用`Manipulate`创建一个交互式界面。 3. 在`Module`中定义需要计算的表达式、导数、二阶导数、临界拐点和渐近线。 4. 使用`Solve`函数求解临界拐点。 5. 使用`Solve`函数求解渐近线。 6. 使用`Plot`函数绘制函数图形,并在图形上标出临界拐点和渐近线。
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