如果函數在一個點上,同時不能滿足極值的三個充分條件,那麼這個點還有可能是極值點嗎?換句話說,函數是否存在同時不滿足極值三個充分條件的極值點。看完下面這道關于分段函數的極值問題,您就會明确這個問題了。
設{當x不等于0時,f(x)=x^4sin^2(1/x);當x=0時,f(x)=0}.
(1)證明x=0是函數f的極小值點;
(2)說明在f的極小值點x=0處是否滿足極值的第一充分條件或第二充分條件.
分析:(1)這個分段函數在x=0連續,但卻不可導,即x=0是函數的不可導點。如果您要用極值的第一充分條件來判定它是不是極值點的話,那是行不通的。不信您可以自己動手試一試。這時候我們可以用極值的定義來判斷。即在x=0的某鄰域上,所有的函數值都不小于f(0),就稱x=0是函數的極小值點,反之則是極大值點。事實上,這道題所取的這個鄰域甚至可以是全域R。
(2)之所以(1)中不能運用極值的第一充分條件來判定x=0是否函數的極值點,就是因為函數在這個點上,并不滿足第一充分條件。想要證明這一點,仍需對函數求導。然後證明函數在x=0的所有單側(左側或右側,未必要左側和右側同時滿足)鄰域内,導函數值總是存在變号的情況,就可以了。即在任一左側鄰域内,或任一右側鄰域内,肯定同時存在負導數和正導數。
證:(1)∵對任意x≠0,有f(x)=x^4sin^2(1/x)≥0,∴x=0是f的極小值點.
(2){當x不等于0時,f'(x)=x^2(4xsin^2(1/x)-sin(2/x));當x=0時,f'(0)};
【導函數仍是一個分段函數。這個導函數也是連續但在x=0不可導的,下面補充x不等于0時的求導過程:f'(x)=4x^3sin^2(1/x)-2x^4cos(1/x)sin(1/x)/x^2
=4x^3sin^2(1/x)-x^2sin(2/x)=x^2(4xsin^2(1/x)-sin(2/x)】
令xn=(2nπ π/4)^(-1), yn=(2nπ π/2)^(-1), (n=1,2,…),【高等數學利用三角函數的周期性,取無窮大或無窮小量,以達到證明極小區間上的條件,是非常常見的方法】
則xn, yn>0且lim(x->無窮大)xn=lim(x->無窮大)yn=0,【說明xn, yn做自變量時,都是x=0任意右鄰域内可以取得的點】
又f’(xn)=(2nπ π/4)^(-2)·[2(2nπ π/4)^(-1)-1]<0,
f’(yn)=(2nπ π/2)^(-2)·[4(2nπ π/2)^(-1)-0]=4(2nπ π/2)^(-3)>0,
即f’在任一U ⁰(0,δ)内變号,∴f在x=0處不滿足第一充分條件.
又f”(0)=0,∴f在x=0處不滿足第二充分條件.
甚至f^(n)(0)=0,∴f在x=0處不滿足第三充分條件.
因此,可以發現,就算是一個點同時不能滿足極值的三個充分條件,它也有可能是極值點。所以極值三個充分條件的邏輯或,并不是極值的必要條件.
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