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2.1 极值的概念

导数及其应用 · 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比邻域内其他点都大(或小)的值,该点即为极大值(或极小值)点。

从哪来 本知识点建立在 4.3 导数与极值 之上,同时依赖 4.2 导数与单调性 来理解函数变化趋势,以及 3.1 导数计算步骤 来求解导数。

为什么 极值本质上是函数“由增变减”或“由减变增”的转折点。 1. 单调性视角:若函数在 $x_0$ 左侧递增、右侧递减,则 $x_0$ 处必然是局部最高点(极大值);反之则为局部最低点(极小值)。 2. 导数视角:导数 $f'(x)$ 反映切线斜率。在极值点左侧,斜率符号与右侧相反(如 $+$ 变 $-$),意味着切线从“向上翘”转为“向下掉”,这种转折必然发生在 $f'(x_0)=0$ 处(对于可导函数)。 3. 几何意义:极值点是曲线“凹凸”或“升降”状态的切换点,是局部最优解的数学表达。

适合:直观型/几何思维强的学生** **核心比喻:山峰与山谷** 1. **画图
在纸上画一座山(极大值)和一个坑(极小值)。 2. 提问:站在山顶,往左走是上坡还是下坡?往右走呢? 3. 结论:极大值 = 左边上坡(增),右边下坡(减);极小值 = 左边下坡(减),右边上坡(增)。 4. 强调:极值是“局部”的,山顶不一定是全图最高点(那是最大值),但在它周围一小圈里,它是最高的。
适合:逻辑型/代数思维强的学生** **核心逻辑:导数符号的“变号”** 1. **定义
设 $f(x)$ 在 $x_0$ 可导,若 $f'(x_0)=0$ 且 $f'(x)$ 在 $x_0$ 左侧与右侧符号相反,则 $x_0$ 为极值点。 2. 规则: - $f'(x)$ 由 $+$ 变 $-$ $\rightarrow$ 极大值(左增右减)。 - $f'(x)$ 由 $-$ 变 $+$ $\rightarrow$ 极小值(左减左增)。 - $f'(x)$ 符号不变 $\rightarrow$ 非极值点(如 $y=x^3$ 在 $x=0$)。 3. 操作:求导 $\rightarrow$ 令导数为0求驻点 $\rightarrow$ 判断驻点两侧导数符号 $\rightarrow$ 下结论。
适合:易混淆概念/需要辨析的学生** **核心辨析:极值 vs 最值 vs 驻点** 1. **极值
局部概念。看“邻居”。$f(x_0)$ 比 $x_0$ 附近所有点都大/小。 2. 最值:全局概念。看“全场”。$f(x_0)$ 比定义域内所有点都大/小。 3. 驻点:$f'(x)=0$ 的点。驻点不一定是极值点(如 $y=x^3$ 在 $x=0$),极值点也不一定是驻点(如 $y=|x|$ 在 $x=0$,不可导但为极小值)。 4. 口诀:极值看左右,最值看全域;导数为零是必要条件(可导时),非充分条件。
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x$ 的极值。
变式
讨论函数 $f(x) = x^3 + ax^2 + bx + c$ 在 $x=1$ 处取得极值,且 $f(1)=0$,求 $a, b$ 的关系。
试试手自己判
检测题
函数 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 1$ 在 $x=2$ 处的导数为0,判断 $x=2$ 是否为极值点,并说明理由。
看答案和判分标准
答案:是极小值点。
判对标准:
1. 正确求出 $f'(x) = 3x^2 - 6x$。
2. 正确判断 $x=2$ 左侧(如 $x=1$)$f'(1) = -3 < 0$(减),右侧(如 $x=3$)$f'(3) = 9 > 0$(增)。
3. 结论明确:由减变增,故为极小值点。
4. 若只写“是”或“否”而无理由,判错;若理由错误(如仅说导数为0),判错。
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