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3. 导数与最值

函数的性质、导数及其应用 · 高三
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 利用导数判断函数单调性,结合定义域端点值,求出函数在闭区间上的最大值与最小值。

从哪来 本知识点建立在“1. 集合的概念与表示”之上。求最值的前提是明确函数的定义域(即自变量取值构成的集合),只有确定了定义域这个集合,才能讨论其闭区间端点及内部极值点,进而比较大小得出最值。

为什么 函数最值的本质是“比较”。在闭区间上,连续函数的最值一定存在。导数提供了判断函数“上升”还是“下降”的工具(单调性)。通过求导找出所有“转折点”(极值点),我们将区间分割为单调段。根据“单调递增段最大值在右端点,单调递减段最大值在左端点”的原理,全局最值必然出现在“极值点”或“区间端点”中。因此,只需计算这些关键点的函数值并比较即可。

适合逻辑严密、喜欢程序化步骤的学生** 采用“三步法”口诀: 1. **求导找点
求 $f'(x)$,令 $f'(x)=0$ 解出所有驻点,并检查这些点是否在定义域内。 2. 列表定号:在数轴上标出驻点和端点,判断各段 $f'(x)$ 的正负,确定单调性。 3. 算值比大小:计算所有驻点和端点的函数值,最大的为最大值,最小的为最小值。 *强调:不要漏掉端点,不要漏掉不可导点(如尖点)。*
适合直观思维强、对抽象符号敏感的学生** 采用“地形图”类比: 把函数图像看作山脉。求最值就是找“最高峰”和“最低谷”。 1. **找山峰山谷
导数为0的地方就是平缓的“山顶”或“谷底”(极值点)。 2. 看边界:如果山脉被截断(定义域限制),断口处(端点)也可能是最高的或最低的。 3. 比较海拔:把所有“山顶”、“谷底”和“断口”的高度(函数值)列出来,最高的就是最大值。 *强调:极值不一定是全局最值,必须和边界比。*
适合基础薄弱、容易混淆概念的学生** 采用“排除法”与“反例验证”: 1. **先问定义域
这是集合问题,先圈出 $x$ 能取的范围。 2. 只算关键点:告诉学生,除了端点,只有 $f'(x)=0$ 的点才可能是最值。其他点不用算。 3. 做减法:如果区间内只有一个极值点,且是极大值,那它一定是最大值(前提是端点值比它小,需验证)。 *强调:通过具体数字代入计算,避免纯符号推导带来的恐惧感。*
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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
已知函数 $f(x) = e^x - ax$ 在 $x=1$ 处取得极值,求 $f(x)$ 在 $[0, 2]$ 上的最大值。
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 $x = 1$ 或 $x = -1$。这两个点都在区间 $[-2, 2]$ 内。 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: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 $[-1, 3]$ 上的最大值与最小值。
看答案和判分标准
答案:最大值:2;最小值:-4。
判对标准:
1. 正确求出导数 $f'(x) = 3x^2 - 6$。
2. 正确解出驻点 $x=1, x=-1$(注意 $x=-1$ 是端点也是驻点,需合并考虑)。
3. 计算了三个关键点的函数值:
* $f(-1) = -1 - 3 + 2 = -2$
* $f(1) = 1 - 3 + 2 = 0$
* $f(3) = 27 - 27 + 2 = 2$
* *修正*:重新计算 $f(-1)$:$(-1)^3 - 3(-1)^2 + 2 = -1 - 3 + 2 = -2$。
* *修正*:重新计算 $f(1)$:$1^3 - 3(1)^2 + 2 = 1 - 3 + 2 = 0$。
* *修正*:重新计算 $f(3)$:$3^3 - 3(3)^2 + 2 = 27 - 27 + 2 = 2$。
* *再次检查*:$f(x) = x^3 - 3x^2 + 2$。
$f'(-1) = 3 - 6 = -3 \neq 0$。哦,驻点是 $3x^2-6=0 \Rightarrow x^2=2 \Rightarrow x=\pm\sqrt{2}$。
**我的
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