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3.3 求最值的步骤

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 求最值即确定函数在给定区间上的最大值与最小值,核心步骤为求导、定界、比大小。

从哪来 本知识点建立在4.4 导数与最值、4.3 导数与极值及3.1 导数计算步骤之上,需结合4.2 导数与单调性判断函数走势。

为什么 闭区间上连续函数的最值必然出现在“端点”或“极值点”。因为极值点是函数单调性发生改变的转折点(由增变减或反之),只有在这些“转折点”和“边界点”处,函数才可能取得全局最高或最低点。忽略端点或极值点中的任何一个,都可能漏掉真正的最值。

“找嫌疑人”法** 适合**形象思维强、逻辑抽象较弱**的学生。 将区间内的所有点比作“嫌疑人”,最值就是“真凶”。 1. **列名单
找出所有可能的嫌疑人(端点、导数为0的点、导数不存在的点)。 2. 审讯:计算每个嫌疑人的“作案动机”(函数值)。 3. 定案:谁的值最大/最小,谁就是真凶。 强调:必须把所有嫌疑人都审一遍,不能只抓中间那个(极值点),否则可能漏掉端点这个“幕后黑手”。
“地形图”法** 适合**空间想象力好、喜欢直观理解**的学生。 把函数图像看作一座山或一条河。 1. **看边界
山的入口和出口(端点)的高度。 2. 看峰谷:山里的最高峰和最低谷(极值点)。 3. 比高低:比较入口、出口、最高峰、最低谷这四个位置的海拔。 强调:最值不一定是山顶(极大值),也可能是入口(端点)。比如一座山从海平面开始爬升,那么海平面(端点)就是最低点,而不是山顶。
“程序化”法** 适合**逻辑严密、偏好步骤化操作**的学生。 将求最值视为一个固定的算法流程,避免遗漏。 1. **Step 1
求 $f'(x)$。 2. Step 2:解 $f'(x)=0$ 得驻点,结合定义域筛选出区间内的驻点。 3. Step 3:列出集合 $S = \{f(a), f(b)\} \cup \{f(x_i) | x_i \text{为区间内驻点}\}$。 4. Step 4:比较 $S$ 中元素大小,最大为最大值,最小为最小值。 强调:这是一个机械但可靠的流程,只要严格执行,就不会出错。
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练一道
基础题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x + 2$ 在区间 $[-2, 2]$ 上的最大值和最小值。
变式
求函数 $f(x) = x e^{-x}$ 在区间 $[0, 2]$ 上的最大值。
试试手自己判
检测题
求函数 $f(x) = x^3 - 3x^2 + 1$ 在区间 $[-1, 3]$ 上的最大值与最小值。
看答案和判分标准
答案:最大值为 1,最小值为 -1。
判对标准:
1. 正确求出导数 $f'(x) = 3x^2 - 6x$。
2. 正确解得驻点 $x=0, x=2$,且均保留在区间内。
3. 正确计算四个点的值:$f(-1)=-1, f(0)=1, f(2)=-1, f(3)=1$。
4. 正确比较得出最大值 1,最小值 -1。
(若只比较了 $f(0)$ 和 $f(2)$ 而忽略端点,判错;若计算错误,判错。)
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