函数的极值点、驻点和拐点这些概念很多同学和老师都容易混淆。如何正确认识极值点、驻点、拐点其主要依据是定义及相关理解,只有理解透定义域定理,进而找到他们的本质差别,才不至于混为一谈。
驻点、极值点、拐点是微积分中不能绕过的知识点,要想完全掌握必须抓住核心定义,而不是去死记硬背一些推论。理解本质才能应对千变万化的题目。
1核心概念
驻点:是函数的一阶导数为0地点,另外驻点也称为稳定点,临界点
例如:y=x3,则f’(x)=3x2,令f’(x)=0,解得x=0,则x=0是函数y=x3地驻点
极值点:是函数的单调性发生变化的点,或是函数的局部极大值或极小值点(或者说当函数存在导数时,函数的极值点是其导函数的变号零点)
例如:y=x2,如图在x=0处,函数的单调性发生了变化,或者说x=0附近的区域,f(0)取得极小值,这两个均说明x=0是函数y=x2的极值点
备注:我们在求函数的极值时,通常令f(x)的一阶导数为0,但一阶导数为0地点不一定是极值点,例如y=x3,则f’(x)=3x2,令f’(x)=0,解得x=0,这时x=0不是函数的极值点,因为该函数在x=0处的单调性没有发生变化。
拐点:是函数二阶导数为0且三阶导数不为0地点
例如:
我们以f(x)=x3为例来看看什么是拐点,如图:在(0,0)处函数的凹凸性发生了变化,我们知道二阶导为正,原函数是凸函数,二阶导为负,原函数的凹函数。该函数是先凹后凸,因此(0,0)是函数的拐点。
备注:在拐点处,函数的凹凸性发生了改变,当二阶导数大于0,说明函数图像下凹;如果二阶导数小于0,说明函数图象上凸。
2区别和联系
① 零点,驻点,极值点指的都是函数y=f(x)的一个横坐标x0,而拐点指的是函数y=f(x)图像上的一个点(x0,f(x0))
② 驻点和极值点:可导函数f(x)的极值点必定是它的驻点,但是反过来,函数的驻点却不一定是极值点。例如上面举例的y=x3,x=0是函数f(x)的驻点,但它不是极值点。此外,函数在它的一阶导数不存在时,也可能取得极值,例如y=|x|,在x=0处导数不存在,但极值点是x=0,具体可见下面的图像。
③ 驻点和极值点与函数的一阶导数有关,拐点与函数的二阶导数和三阶导数有关。
3内容归纳
一个函数能够取到极值的充要条件是: ①存在使导数等于0的点, 即在该点处 f' = 0。②使导数等于0的那个x值,左右两边导数符号相反。若 f'左 > 0,f'右 < 0,则为极大值。若 f'左 < 0,f'右 > 0,则为极小值。
在数学分析中,函数的最大值和最小值(最大值和最小值)被统称为极值(极数),是给定范围内的函数的最大值和最小值(本地 或相对极值)或函数的整个定义域(全局或绝对极值)。皮埃尔·费马特(Pierre de Fermat)是第一位发现函数的最大值和最小值数学家之一。
如集合理论中定义的,集合的最大值和最小值分别是集合中最大和最小的元素。 无限无限集,如实数集合,没有最小值或最大值。
极值是一个函数的极大值或极小值。如果一个函数在一点的一个邻域内处处都有确定的值,而以该点处的值为最大(小),这函数在该点处的值就是一个极大(小)值。如果它比邻域内其他各点处的函数值都大(小),它就是一个严格极大(小)。该点就相应地称为一个极值点或严格极值点。
关于函数求极值的方法有如下几项:
导数求极值步骤:1先求导,2使导函数等于零,求出x值,3确定定义域,4画表格,5找出极值,注意极值是把导函数中的x值代入原函数。
导数求极值步骤
1求函数f'(x)的极值步骤
1、找到等式f'(x)=0的根
2、在等式的左右检查f'(x)值的符号。如果为负数,则f(x)在这个根得到最大值;如果为正数则f(x)在这个根得到最小值。
3、判断f'(x)无意义的点。首先可以找到f'(x)=0的根和f'(x)的无意义点。这些点被称为极点,然后根据定义来判断。
4、函数z=f(x,y)的极值的方法描述如下:
(1)解方程式fx(x,y)=0,fy(x,y)=0,求一个实数解,可以求所有的塞音;
(2)对于每个停止点(x0,y0),找到二阶偏导数的值a,b,c;
(3)确定ac-b2的符号,并根据定理2的结论确定f(x0,y0)是一个最大值、最大值还是最小值。
求函数f'(x)的极值:
1、找到等式f'(x)=0的根
2、在等式的左右检查f'(x)值的符号。如果为负数,则f(x)在这个根得到最大值;如果为正数则f(x)在这个根得到最小值。
3、判断f'(x)无意义的点。首先可以找到f'(x)=0的根和f'(x)的无意义点。这些点被称为极点,然后根据定义来判断。
4、函数z=f(x,y)的极值的方法描述如下:
(1)解方程式fx(x,y)=0,fy(x,y)=0,求一个实数解,可以求所有的塞音;
(2)对于每个停止点(x 0,y 0),找到二阶偏导数的值a,b,c;
(3)确定ac-b2的符号,并根据定理2的结论确定f(x 0,y 0)是一个最大值、最大值还是最小值。
上面介绍的极值必要条件和充分条件都是对函数在极值点可导的情形才有效的。当函数仅在区域D内的某些孤立点(x, y)不可导时,这些点当然不是函数的驻点,但这种点有可能是函数的极值点,要注意另行讨论。
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