理论教育 高等数学:闭区间上函数的最大最小值结果

高等数学:闭区间上函数的最大最小值结果

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:,xn;计算f,f,f,…

高等数学:闭区间上函数的最大最小值结果

函数的极大值与极小值是局部性的概念,而最大值、最小值是全局性概念,一般来说它们是不同的.最大(小)值是函数f(x)在所考察的区间上,所有函数值中最大者(或最小者).

如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,那么f(x)在[a,b]上一定有最大值和最小值.f(x)在闭区间[a,b]上的最大值(最小值),可能在开区间(a,b)内部取得,也可能在闭区间[a,b]的端点处取得.如果f(x)的最大值(最小值)在开区间(a,b)内部取得,那么这个最大值(最小值),也一定是一个极大值(极小值),它们是所有极大值(极小值)中的最大(最小)者.因此,只要求出f(x)在(a,b)内的所有极值,再把它们和闭区间[a,b]端点的函数值f(a),f(b)相比较,其中最大的就是f(x)在[a,b]上的最大值,最小的就是f(x)在[a,b]上的最小值.

由于极值点包含在驻点和导数不存在的点之中,于是,为了避免判断极值的麻烦,求函数f(x)在[a,b]上的最大、最小值可按如下步骤完成:

(1)求出f(x)在(a,b)内的所有驻点和导数不存在的点:x1,x2,…,xn

(2)计算f(a),f(x1),f(x2),…,f(xn),f(b)的值;

(3)比较以上函数值的大小,其中最大的便是f(x)在[a,b]上的最大值,最小的便是f(x)在[a,b]上的最小值.

注意下面两种特殊情形:

(1)如果函数f(x)在[a,b]上单调增加,则f(a)是f(x)在[a,b]上的最小值,f(b)是f(x)在[a,b]上的最大值,如图3-15所示.如果f(x)在[a,b]上单调减少,则f(a)是f(x)在[a,b]上的最大值,f(b)是f(x)在[a,b]上的最小值,如图3-16所示.

图3-15

图3-16

(2)如果连续函数f(x)在区间(a,b)内有且仅有一个极大值,而没有极小值,则此极大值就是函数f(x)在区间[a,b]上的最大值,如图3-17所示.同样,如果连续函数f(x)在区间(a,b)内有且仅有一个极小值,而没有极大值,则此极小值就是函数f(x)在[a,b]上的最小值,如图3-18所示.(www.daowen.com)

图3-17

图3-18

例1 求函数y=2x3+3x2-12x+14在[-3,4]上的最大值与最小值.解 y′=6x2+6x-12=6(x+2)(x-1),

令y′=0,得到x1=-2,x2=1.由于

f(-3)=2×(-3)3+3×(-3)3-12×(-3)+14=23,

f(-2)=2×(-2)3+3×(-2)2-12×(-2)+14=34,

f(1)=2+3-12+14=7,

f(4)=2×43+3×42-12×4+14=142,

将它们加以比较,可知在[-3,4]上的最大值为f(4)=142,最小值为f(1)=7.

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