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4.4 导数与最值

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 利用导数判断函数单调性,结合区间端点值,求出函数在闭区间上的最大值与最小值。

从哪来 建立在 8.1 数形结合 之上。通过绘制函数图像(形),直观观察极值点与端点位置(数),从而确定最值。

为什么 导数本质是变化率。当 $f'(x)>0$ 时函数上升,$f'(x)<0$ 时函数下降。最值必然出现在“趋势改变”的极值点或“边界”的端点。通过导数符号变化锁定这些关键点,再比较数值大小,即可确定全局最值。

讲法
适合:逻辑严密、偏好代数推导的学生 采用“三步法”纯代数流程: 1. 求导 $f'(x)$; 2. 解 $f'(x)=0$ 得驻点,列表分析 $f'(x)$ 符号确定单调性; 3. 计算所有驻点及区间端点的函数值,直接比较大小。 强调“计算不出错”是核心,弱化图像依赖。
讲法
适合:视觉型、直觉较强的学生 采用“爬山找峰”模型: 1. 把函数图像看作一座山,导数就是坡度; 2. 上坡($f'>0$)时最高点在前方,下坡($f'<0$)时最高点在后方; 3. 山顶(极值点)和山脚(端点)是仅有的候选者; 4. 画出草图,标出所有“候选点”,代入计算比较。 强调“图像定位,代数验证”。
讲法
适合:抽象思维强、喜欢极简逻辑的学生 采用“排除法”逻辑: 1. 最值只可能在两类点产生:导数为0的点(内部转折点)或边界点; 2. 其他点要么在上升段(非最大),要么在下降段(非最小); 3. 因此只需计算有限个候选点,取最大/最小即可。 强调“候选集有限性”和“完备性”。
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练一道
基础题
求 $f(x) = x^3 - 3x + 1$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值和最小值。
变式
已知函数 $f(x) = e^x - ax$ 在区间 $[0, 1]$ 上的最小值为 1,求 $a$ 的值。
试试手自己判
检测题
函数 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 2$ 在区间 $[-1, 3]$ 上的最大值是?
看答案和判分标准
答案:6
判对标准:
- 正确求出驻点 $x=0, 2$;
- 正确计算 $f(-1)=0, f(0)=2, f(2)=-2, f(3)=2$;
- 正确比较得出最大值为 6(注:此处 $f(3)=27-27+2=2$,$f(-1)=-1-3+2=-2$,$f(0)=2$,$f(2)=8-12+2=-2$。最大值应为 2。*更正:重新计算* $f(-1) = -1 - 3 + 2 = -2$;$f(0) = 2$;$f(2) = 8 - 12 + 2 = -2$;$f(3) = 27 - 27 + 2 = 2$。最大值为 2。)
修正后答案:2
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