深度解析 | 函数的极值与最值

函数的极值

我这样理解极值相关概念:

➤极值点不是一个点,而是点的横坐标(类似零点概念);

➤函数的极值点可能不唯一,有时会有多个;

➤定义域端点一定不是极值点,端点的函数值一定不是极值;

➤极值是函数局部性质,

是在定义域某一局部范围内的最大值或最小值;

➤函数的最大值为MAX{极值、边界函数值}

最小值为MIN{极值、边界函数值};

➤极值点原本与导数无关;

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认识两个假命题

函数在极值点处一定取图像局部的最高点或最低点。而导数为0,则只能说明函数在该点处的切线是水平的,并不能代表这个点就一定最高或最低。

所以,现在知道,为什么课本中在判断极值点时,总是会不厌其烦地列表了吧?那是因为,就算求出了导函数的零点,也并不能完全说明该点就是极值点,更不能说明是极大值点或极小值点。

典例讲解

函数在极值点处一定是图像局部的最高点或最低点。但并不能说明函数在该点处导数就一定存在取,只有导数存在时,极值点处的导数值才等于0。

“圆点可导,尖点不可导”,是指曲线只有在圆点处才会存在切线,而尖点处是不存在切线的。

那么,从这两个假命题我们就不难看出,函数“在某点处的导数值为0”,应该是“该点为极值点”的既不充分也不必要条件。

当然,对于可导函数来说,函数“在某点处的导数值为0”,应该是“该点为极值点”的必要不充分条件。

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极值与最值的关系

其实,极值与最值的关系是很好理解的,极值是函数局部范围的最大或最小值。而最值,是函数在整个定义域内的最大或最小值。极值一定在定义域内部产生,而最值,有可能是函数在定义域端点处的函数值。

因此,求函数的最值,只需求出函数的全体极值以及端点函数值,再进行比较,最大的为函数最大值,最小的,为函数最小值。

图解
极值与最值

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从极值到“拉格朗日乘数法”

如果从函数的角度来说,

我们一般把含一个自变量的函数称为一元函数,

也就是我们现在所常见的函数了;

如果一个函数含有两个自变量,

我们称之为二元函数,

可以以此类推。

一元函数的图像是曲线,

二元函数的图像在三维空间里应该就是曲面了。

一元函数的极值点是函数图像的拐弯点,

也就是增减区间的分界点,

那二元函数呢?

曲面的“拐弯”点依然叫做极值点。

如下图:

二元函数
极值点

当然

和一元函数一样

也并不是所有的二元函数都有极值点的

在我们考试时,是不是经常会遇见让人头疼的二元代数式的最值问题呢?其实,我们如果从二元函数极值的角度去进行思考,就很方便了。

我们就直接看例子。

不过在例题之前,还是要先了解一个概念——偏导数

在数学中,一个多变量函数的偏导数,就是它关于其中一个变量的导数而保持其他变量恒定。

学霸
反正,这个代数式,让我想起了统计中的最小二乘法,当年老师用配方法可是花了老多时间了,还有一大堆的计算量,彻底无语了……

特别说明:

和一元函数极值点与该点处导数为0之间的关系相类似,两者并不等价,但在高中阶段,一般情况下计算出的结果即为最值。



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