5、高数----一元函数微分学的应用(一)几何应用

1、极值的定义

对于函数,若存在点的某个领域,使得在该领域内任意一点,均有

(或)

成立,则称点为的极大值点(或极小值点),为的极大值(或极小值)

注1:

①局部的概念

②左右领域均有定义(端点处不谈论极值、间断点)

③常函数处处是极值(处处是极大值、处处是极小值)

④常考查"理想"的极值点,如图所示,即"左领域减,右领域增"或"左领域增、右领域减",且在处可导

**注2:**结合第1讲的知识,一个常见的问题是:间断点可以是极值点吗?答案是肯定的,举四个例子供考生分析

(1)是的可去间断点,但它是的极大值点

(2)是的跳跃间断点,但它是的极小值点

(3)是的无穷间断点,但它是的极小值点

(4)是的振荡间断点,但它是的极大值点

2、单调性与极值的判别

(1)单调性的判别

设函数在上连续,在内可导。

①如果在内,且等号仅在有限个点处成立,那么函数在上严格单调增加

②如果在内,且等号仅在有限个点处成立,那么函数在上严格单调减少

(2)一阶可导点是极值点的必要条件

设在处可导,且在点处取得极值,则必有

注1: 事实上,若为曲线的极值点,则只有以下两种情况:

1、,如在处的情形

2、不存在,如在处的情形

注2:

仅能说明在时,为的高阶无穷小,不能说明,即当时,仍然可能是单调的(如),所以仅为在处取得极值的必要条件。

(3)判别极值的第一充分条件

设在处连续,且在的某去心领域 内可导

①若时,,而时,,则在处取得极小值

②若时,,而时,,则在处取得极大值

③若在和内不变号,则不是极值点

(4)判别极值的第二充分条件

设在处二阶可导,且,

①若,则在处取得极大值

②若,则在处取得极小值

上述第二充分条件可以推广为第三充分条件

(5)判别极值的第三充分条件

设在处阶可导,且

①当为偶数且时,在处取得极大值

②当为偶数且时,在处取得极小值

以下仅供参考:证明第三充分条件

3、凹凸性与拐点的概念

(1)凹凸性的定义

定义1 设函数在区间上连续,如果对上任意不同两点,恒有

则称在上的图形是凹的(或凹弧),如下图所示;如果恒有

则称在上的图形是凸的(或凹弧),如下图所示

注: 事实上,当图形为凹时,可以将更一般地写为

,其中

定义2 设在上连续,在内可导,若对内的任意及,均有

则称在的图形上是凹的

注:(几何意义)是曲线在点处的切线方程,因此几何意义如下图所示。若曲线在任意点处的切线(除该点外)总在曲线的下方(上方),则该曲线是凹(凸)的。

(2)拐点的定义

连续曲线的凹弧与凸弧的分界点称为该曲线的拐点

4、凹凸性与拐点的判别

(1)判别凹凸性

设函数在上二阶可导

①若在上,则在上的图形是凹的

②若在上,则在上的图形是凸的

(2)二阶可导点是拐点的必要条件

设 存在,且点为曲线的拐点,则

注: 事实上,若点为曲线的拐点,则只有以下两种情况:

①,如在处的情形

②不存在,如在处的情形

(3)判别拐点的第一充分条件

设在点处连续,在点的某去心领域内二阶导数存在,且在该点的左、右领域内变号(无论是由正变负,还是由负变正),则点为曲线的拐点

注:

(4)判别拐点的第二充分条件

设在的某领域内三阶可导,且,则点为曲线的拐点

(5)判别拐点的第三充分条件

设在处阶可导,且,则当为奇数时,点为曲线的拐点

5、极值点与拐点的重要结论

以下结论均可直接使用,不必证明.

①曲线的可导点不可同时为极值点和拐点,曲线的不可导点可同时为极值点和拐点

②设多项式函数,且,则当为偶数时,是的极值点;当为奇数时,点是曲线的拐点

③设多项式函数,其中是正整数,是实数且两两不等,

记为的个数,为且为偶数的个数,为且为奇数的个数,则的极值点个数为,拐点个数为。

6、渐近线

(1)铅直渐近线

若(或),则为一条铅直渐近线

注:此处的或是函数的无定义点,或是函数定义区间的端点,或是分段函数的分段点

(2)水平渐近线

若,则为一条水平渐近线;若,则为一条水平渐近线;若,则为一条水平渐近线

(3)斜渐近线

①若,,则是的一条斜渐近线

②若,,则是的一条斜渐近线

③若

,,则是的一条斜渐近线

7、最值或取值范围

(1)最值的定义

定义3 设为定义域内一点,若对于的定义域内任意一点,均有

(或)

成立,则称为的最大值(或最小值)

(2)求区间上连续函数的最大值和最小值

①求出在内的可疑点------驻点与不可导点,并求出这些可疑点的函数值

②求出端点的函数值和

③比较以上所求得的所有函数值,其中最大者为**** 在上的最大值**,** 最小者在上的最小值****

(3)求区间内连续函数的最值或取值范围

①在内的可疑点------驻点与不可导点,并求出这些可疑点的函数值

②求两端的单侧极限:若为有限常数,则求与;若为,则求;若为,则求.记以上所求左端极限为,右端极限为

③比较①,②所得结果,确定最值或取值范围

例题: 求数列的最大项

8、作函数图像

(1)给出函数,作图的一般步骤:

①确定定义域,考查函数是否有奇偶性,周期性,并用好图像变换

②用导数工具(一阶导数确定函数的单调区间、极值点;二阶导数确定曲线的凹凸区间、拐点)

③考查渐近线

④作出函数图像

注:

①若,则关于轴对称

②若或,则关于对称

③若,则关于轴对称

④若或,则关于对称

⑤若,关于点对称

⑥若,关于点对称

例题: 画出

9、曲率及曲率半径(仅数一、数二)

设二阶可导,则曲线在点处的曲率公式为

曲率半径的计算公式

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