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3.1 最值的概念

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 函数在定义域(或指定区间)内所有函数值中,最大者与最小者分别称为最大值与最小值。

从哪来 本知识点建立在 4.3 导数与极值 和 4.4 导数与最值 的基础之上,同时依赖 3.1 导数计算步骤 进行具体运算。

为什么 求最值的本质是寻找函数图像的“最高点”和“最低点”。 1. 极值与最值的区别:极值是局部概念(邻域内最大/最小),最值是全局概念(整个区间最大/最小)。 2. 闭区间连续函数的性质:根据闭区间上连续函数的性质,函数必存在最大值和最小值。 3. 候选点来源:最值点只可能出现在两类位置: - 极值点:导数为0且左右导数异号的点(函数走势发生转折的地方)。 - 端点:区间的边界处(函数可能在边界处达到极值,但边界处不可导或导数不为0)。 因此,求最值的逻辑是:先找出所有“内部转折点”(极值点),再比较“边界点”(端点),最后从中选出最大和最小。

“登山探险”模型** **适合学生
形象思维强、对抽象符号感到困难的学生。 讲解逻辑: 把函数图像比作一座连绵的山脉,区间就是你要探索的路线范围。 1. 极值点是山头和山谷(局部最高/最低)。 2. 端点是路线的起点和终点。 3. 最值是你在这段路线上能到达的绝对最高点和绝对最低点。 4. 操作:你不需要走遍每一寸土地,只需要检查“山头”、“山谷”以及“起点”、“终点”这几个关键位置的高度,比较一下,最高的就是最大值,最低的就是最小值。 核心口诀:极值看中间,最值比两端。
“排除法”逻辑推导** **适合学生
逻辑严密、喜欢理性推导、对几何直观不敏感的学生。 讲解逻辑: 1. 前提:函数在闭区间 $[a, b]$ 上连续。 2. 假设:最大值点 $x_0$ 在区间内部 $(a, b)$。 3. 推论:如果 $x_0$ 是最大值点,且 $x_0$ 不是端点,那么 $x_0$ 必然是极值点(因为左右两侧函数值都小于等于 $f(x_0)$)。 4. 结论:最大值点要么是极值点,要么是端点。 5. 算法: - 第一步:求导 $f'(x)$,解 $f'(x)=0$ 得到所有驻点(潜在极值点)。 - 第二步:计算这些驻点以及区间端点 $a, b$ 的函数值。 - 第三步:比较所有计算出的数值,最大者为最大值,最小者为最小值。 强调:这是一个完备的搜索策略,不会遗漏任何可能的最值点。
“表格对比”实操法** **适合学生
考试焦虑、容易漏步、需要标准化流程的学生。 讲解逻辑: 强制使用“最值求解表格”,避免思维跳跃。 | 步骤 | 操作 | 示例($f(x)=x^3-3x, x\in[-2,2]$) | | :--- | :--- | :--- | | 1. 求导 | $f'(x) = 3x^2 - 3$ | $3x^2 - 3 = 0 \Rightarrow x = \pm 1$ | | 2. 列点 | 列出所有驻点 + 端点 | $x = -2, -1, 1, 2$ | | 3. 算值 | 代入原函数计算 $f(x)$ | $f(-2)=-2, f(-1)=2, f(1)=-2, f(2)=2$ | | 4. 比较 | 找出 Max 和 Min | Max=2, Min=-2 | 核心:不依赖记忆,依赖流程。只要表格填满,答案就在表里。
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x + 1$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值和最小值。
变式
求函数 $f(x) = \frac{x^2 - 1}{x + 1}$ 在区间 $[0, 2]$ 上的最大值和最小值。
看解答过程
1. 求导:$f'(x) = 3x^2 - 3$。 2. 找驻点:令 $f'(x) = 0$,得 $3(x^2 - 1) = 0$,解得 $x_1 = -1, x_2 = 1$。 这两个点都在区间 $[-2, 2]$ 内,保留。 3. 计算关键点函数值: - 端点 $x = -2$:$f(-2) = (-2)^3 - 3(-2) + 1 = -8 + 6 + 1 = -1$ - 驻点 $x = -1$:$f(-1) = (-1)^3 - 3(-1) + 1 = -1 + 3 + 1 = 3$ - 驻点 $x = 1$:$f(1) = 1^3 - 3(1) + 1 = 1 - 3 + 1 = -1$ - 端点 $x = 2$:$f(2) = 2^3 - 3(2) + 1 = 8 - 6 + 1 = 3$ 4. 比较: 函数值集合为 $\{-1, 3, -1, 3\}$。 最大值为 3,最小值为 -1。
试试手自己判
检测题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 2$ 在区间 $[-1, 3]$ 上的最大值和最小值。
看答案和判分标准
答案:最大值为 2,最小值为 -2。
判对标准:
1. 过程分:
- 正确求出导数 $f'(x) = 3x^2 - 6x$(1分)。
- 正确解出驻点 $x=0, x=2$,且两点均在区间 $[-1, 3]$ 内(1分)。
- 正确列出四个关键点:$-1, 0, 2, 3$(1分)。
- 正确计算四个点的函数值:$f(-1)=0, f(0)=2, f(2)=-2, f(3)=2$(2分)。
2. 结论分:
- 正确指出最大值为 2,最小值为 -2(1分)。
- 若只答出极值而未比较端点,或漏掉端点计算,判为错误。
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