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4.3 导数与极值

导数及其运算与应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 函数在某点附近取得最大值或最小值,且该点处导数为零(或不存在)的性质。

从哪来 建立在 8.1 数形结合 之上。通过图像直观理解“峰值”与“谷值”的几何特征,再引入导数作为刻画变化率的代数工具,实现从“形”到“数”的转化。

为什么 极值本质是函数单调性的转折点。当函数由增变减时,切线斜率由正变负,中间必经过零(或不可导点);反之由减变增时,斜率由负变正。导数正是刻画这一“方向改变”的代数指标,因此极值点必然出现在导数为零或导数不存在的点。

讲法
适合视觉型/直观型学生 先画 $y=x^3-3x$ 的图像,标出极大值点 $(-1,2)$ 和极小值点 $(1,-2)$。引导学生观察:在极大值点左侧曲线“上坡”($f'>0$),右侧“下坡”($f'<0$);极小值点则相反。强调“极值看趋势,导数看斜率”,用颜色区分正负区间,建立图像与符号的对应关系。
讲法
适合逻辑型/抽象型学生 从定义出发:若 $x_0$ 是极值点,则存在邻域 $(x_0-\delta, x_0+\delta)$,使得 $f(x_0) \geq f(x)$(极大)或 $f(x_0) \leq f(x)$(极小)。结合费马引理:若 $f$ 在 $x_0$ 可导且为极值点,则 $f'(x_0)=0$。强调“可导”前提,推导 $f'(x_0)=\lim_{h\to0}\frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}$ 中分子非正/非负,极限必为零。
讲法
适合应用型/工程型学生 以“利润最大化”为例:设利润函数 $P(x)=-x^3+12x^2-45x+100$,求最大利润。让学生理解:企业决策中“最优解”就是极值点。先求 $P'(x)=-3x^2+24x-45$,令其为零得 $x=3,5$,再通过二阶导或一阶导符号变化判断哪个是极大值。强调导数是“优化决策”的数学工具。
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练一道
基础题
求函数 $f(x)=x^3-3x+1$ 的极值。
变式
求函数 $f(x)=x^3-3x^2+3x-1$ 的极值。
试试手自己判
检测题
判断函数 $f(x)=x^3-3x$ 在 $x=1$ 处是否取得极值?若是,是极大值还是极小值?
看答案和判分标准
答案:是极小值。
判对标准:
- 正确求出 $f'(x)=3x^2-3$,$f'(1)=0$;
- 正确分析 $x<1$ 时 $f'<0$(递减),$x>1$ 时 $f'>0$(递增);
- 明确结论为“极小值”,而非“极大值”或“无极值”。
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