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2.2 极值的判定

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 利用一阶导数符号变化或二阶导数符号,判定函数在某点取得极大值或极小值的方法。

从哪来 基于 4.3 导数与极值 中“极值点处导数为0”的必要条件,结合 4.2 导数与单调性 中“导数正负决定函数增减”的逻辑,通过 3.1 导数计算步骤 求出导数后进行判定。

为什么 极值的本质是函数从“增”变“减”(极大)或从“减”变“增”(极小)的转折点。 1. 一阶导数法原理:若 $f'(x_0)=0$,且 $x_0$ 左侧 $f'(x)>0$(函数递增),右侧 $f'(x)<0$(函数递减),则 $x_0$ 处为“峰顶”,即极大值。反之则为极小值。这是单调性在局部区间的直接推论。 2. 二阶导数法原理:$f''(x_0)$ 反映的是 $f'(x)$ 的变化率。若 $f'(x_0)=0$ 且 $f''(x_0)>0$,说明 $f'(x)$ 在该点由负变正(斜率递增),原函数由减变增,故为极小值。

适合:逻辑严密、偏好代数推导的学生** **核心:符号变化法(第一充分条件)** 1. **求导
计算 $f'(x)$。 2. 找点:解方程 $f'(x)=0$,得到所有驻点 $x_1, x_2, \dots$。 3. 列表/画轴:在数轴上标出这些点,将定义域分为若干区间。 4. 定号:在每个区间内取测试点,判断 $f'(x)$ 的正负。 5. 判定: - 左正右负 $\rightarrow$ 极大值 - 左负右正 $\rightarrow$ 极小值 - 左右同号 $\rightarrow$ 非极值点 口诀:“左增右减是极大,左减右增是极小”。
适合:直觉思维强、喜欢几何图像的学生** **核心:图像走势法** 1. **想象地形
把函数图像看作连绵的山丘。 2. 寻找平缓处:极值点一定是“平地”(切线水平,$f'(x)=0$)。 3. 观察走向: - 如果你沿着 $x$ 轴正方向走,先上坡($f'>0$)后下坡($f'<0$),那你站在山顶,这是极大值。 - 如果你先下坡($f'<0$)后上坡($f'>0$),那你站在谷底,这是极小值。 - 如果一直上坡或一直下坡,只是中间稍微平缓了一下(如 $y=x^3$ 在 $x=0$),那只是“鞍点”,不是极值。 重点:强调“变化”二字,极值必须是单调性的改变。
适合:计算能力强、追求解题速度的学生** **核心:二阶导数判别法(第二充分条件)** 1. **求导
计算 $f'(x)$ 和 $f''(x)$。 2. 找点:解 $f'(x)=0$ 得到候选点 $x_0$。 3. 代入二阶导: - 若 $f''(x_0) > 0$,开口向上,为极小值。 - 若 $f''(x_0) < 0$,开口向下,为极大值。 - 若 $f''(x_0) = 0$,失效,必须退回讲法A(一阶导数符号法)或更高阶导数判定。 注意:此法仅适用于二阶导数存在且不为0的情况,不可滥用。
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x$ 的极值。
变式
求函数 $f(x) = x^4 - 4x^3 + 4$ 的极值。
试试手自己判
检测题
函数 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 2$ 在 $x=0$ 处是否有极值?若有,求出极值;若无,说明理由。
看答案和判分标准
答案:无极值。
判对标准:
1. 算出 $f'(x) = 3x^2 - 6x$。
2. 算出 $f'(0) = 0$。
3. 关键点:分析 $x=0$ 两侧符号。
- $x < 0$ 时,$f'(x) > 0$(例如 $x=-1, f'(-1)=9>0$);
- $0 < x < 2$ 时,$f'(x) < 0$(例如 $x=1, f'(1)=-3<0$)。
- *等等,这里需要重新检查题目设计,确保答案唯一且符合“无”或“有”的明确判定。*

*修正检测题设计以确保严谨性*:
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