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3.2 最值与极值的关系

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 极值是函数在局部邻域内的最大或最小值,最值是函数在整个定义域内的最大或最小值。

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 4.2 导数与单调性 来判断函数走势,以及 3.1 导数计算步骤 来求解导数。

为什么 极值关注的是“局部高低”,由导数符号改变(左正右负为极大,左负右正为极小)决定,它只比较极值点附近的函数值;最值关注的是“全局高低”,必须比较所有极值点和区间端点的函数值。因为闭区间上连续函数必有最值,而极值点不一定存在(如单调函数无极值),所以最值集合包含极值集合,但极值不一定是全局最值。

讲法
适合视觉型/直观型学生 使用“山峰与平原”的比喻。极值就像山头上的小山峰或山谷,它比周围的山坡高或低,但可能比远处的另一座大山矮;最值就是整个地图上的最高峰或最低谷。画图时,画一个起伏的曲线,标出几个局部峰谷(极值),然后画一条水平线表示全局最高/最低点(最值),让学生直观看到“局部高”不等于“全局高”。
讲法
适合逻辑型/抽象型学生 从集合论角度切入。设 $f(x)$ 在区间 $D$ 上连续。极值点集合 $E = \{x_0 | f'(x_0)=0 \text{ 且 } f'(x) \text{ 在 } x_0 \text{ 两侧变号}\}$。最值 $M = \max\{f(x) | x \in D\}$。强调逻辑关系:$M \in \{f(x_0) | x_0 \in E\} \cup \{f(a), f(b)\}$(对于闭区间 $[a,b]$)。极值是候选者,最值是最终胜出者。通过列举所有候选值(极值+端点)并比较大小,得出最值,这是算法化的思维。
讲法
适合应试型/技巧型学生 强调“三步走”解题模板。第一步:求导,找驻点($f'(x)=0$ 的根);第二步:列表判断单调性,确认哪些驻点是极值点,计算极值;第三步:比较所有极值和端点值,取最大/最小。特别指出:开区间内无最值(除非有极限),闭区间必有最值。提醒学生:极值点个数 $\le$ 最值候选点个数,最值一定在“极值点”或“边界”产生。
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值和最小值。
变式
求函数 $f(x) = x^3 - 3x$ 在区间 $[-2, 1]$ 上的最大值和最小值。
试试手自己判
检测题
函数 $f(x) = x^3 - 3x + 1$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值是? A. 1 B. 3 C. 5 D. -3
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 正确求出导数 $f'(x) = 3x^2 - 3$。
2. 正确找出驻点 $x = \pm 1$。
3. 正确计算 $f(-2) = -1, f(-1) = 3, f(1) = -1, f(2) = 3$。
4. 正确比较得出最大值为 3。
若学生只比较了极值 $f(-1)=3$ 和 $f(1)=-1$,忽略了端点,但恰好在此题中端点值小于极值,可能蒙对,需追问“如果区间是 $[-2, 0.5]$ 呢?”以检验是否真正掌握端点比较的重要性。
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