有這麼一個數學定理,雖然很直觀,卻偏偏容易被忽略。然而它卻又是一個非常好用的定理。這個定理簡單說起來,就一句話:函數唯一的極值是最值。
之所以容易被忽略,是因為當我們學到最值的一般判定方法時,教材上提供的方法是:通過比較端點、不可導點,穩定點的函數大小,來确定函數的最值。因此很多同學,包括老黃自己在内,一開始都會傻傻地按照這個信條去解決最值問題。
特别是自作聰明的老黃,會在開區間的端點上糾結極限問題。其實在函數隻有一個極值點時,大可不必糾結端點的極限問題。
我們先來看看這個定理的數學表達形式,并進行證明:
5、設f(x)在區間I連續,并且在I有唯一的極值點x0.
若x0是f的極大(小)值點,則x0是f(x)在I上的最大(小)值點.
老黃覺得這裡的“連續”,并不是一個必要條件。去掉“連續”的條件,命題仍是成立的。
證1:∵f在I連續,∴若x0是f在I唯一的極大值點,
則對任意的x∈I有f(x)<f(x0), ∴x0是f在I上的最大值點.
同理可證:若x0是f在I唯一的極小值點,則x0是f在I上的最小值點.
證2:若x0是f在I唯一的極(小)值點,卻不是最小值點,
則必存在x1∈I,有f(x1)<f(x0),矛盾!
∴x0是f在I上的最小值點. 同理可證:
若x0是f在I唯一的極大值點,則x0是f在I上的最大值點.
我們來看看這個定理到底怎麼用。看下面的例題:
例:求函數y=根号x*lnx, (0, ∞)上的最值.
解:y在(0, ∞)上可導,【排除不可導點的存在】
當y’=(2 lnx)根号x/(2x)=0時,x=1/e^2,【唯一的穩定點】
又當0<x<1/e^2時,y'<0; 當x>1/e^2時,y'>0.【用極值的第一充分條件,證明x=1/e^2是函數的極小值點】
所以x=1/e^2是函數唯一的極值點,且是唯一的極小值點,
因此y=-2/e是函數的最小值。
又函數在開區間上,所以y在(0, ∞)上沒有最大值。
觀察一下函數在(0, ∞)上的大緻圖像,以幫助我們理解:
怎麼樣?現在您對求函數最值的方法,是否有更深的理解了呢?
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