極值點求法的第二充分條件?極值一共有三個充分條件(非必要條件),老黃前面已經介紹了兩個,這裡老黃要繼續介紹極值的最後一個充分條件,極值的第三充分條件,也是極值的終極求法因為大多數函數應用第一、二充分條件就足夠了,所以很多人并不熟練第三充分條件,現在小編就來說說關于極值點求法的第二充分條件?下面内容希望能幫助到你,我們來一起看看吧!
極值一共有三個充分條件(非必要條件),老黃前面已經介紹了兩個,這裡老黃要繼續介紹極值的最後一個充分條件,極值的第三充分條件,也是極值的終極求法。因為大多數函數應用第一、二充分條件就足夠了,所以很多人并不熟練第三充分條件。
定理:(極值第三充分條件)設f在點x0的某鄰域U(x0,δ)内存在n-1階導函數, 在x0處n階可導,且f^(k)(x0)=0 (k=1,2,…,n-1), f^(n)(x0)≠0, 則
1、當n為偶數時, f在x0取得極值,且當f^(n)(x0)<0時取極大值, 當f^(n)(x0)>0時取極小值.
2、當n為奇數時, f在x0處不取極值.
證明的前半部分和第二個充分條件非常相似,這裡就不做詳細分析,如有看不懂的地方,可以看老黃上一篇關于極值第二個充分條件的作品介紹。
證:f(x)=f(x0) f’(x0)(x-x0) f”(x0)(x-x0)^2/2… f^(n)(x0)(x-x0)^n/n! o((x-x0)^n).
∵f^(k)(x0)=0(k=1,2,…,n-1),
∴f(x)-f(x0)=f^(n)(x0)(x-x0)n/n! o((x-x0)^n)=[f^(n)(x0)/n! o(1)](x-x0)^n.
又f^(n)(x0)≠0,∴存在正數δ’≤δ,使當x∈U(x0,δ’)時,f^(n)(x0)/n!與f^(n)(x0)/n! o(1)同号.
當n為偶數時,有【關鍵是(x-x0)^n>0】,
當 f^(n)(x0)<0時,f(x)-f(x0)<0,即f(x)<f(x0),f在x0取得極大值.
當 f^(n)(x0)>0時,f(x)-f(x0)>0,即f(x)>f(x0),f在x0取得極小值.
若n為奇數且f^(n)(x0)<0,有f^(n)(x0)/n! o(1)<0
當x0<x<x0 δ’時,f(x)-f(x0)<0,即f(x)<f(x0).【(x-x0)^n>0】
當x0-δ’<x<x0時,f(x)-f(x0)>0,即f(x)<f(x0).【(x-x0)^n<0】
即f(x)遞增.
同理可證,當n為奇數且f^(n)(x0)>0時,f(x)遞減.
∴當n為奇數時, f在x0處不取極值.
下面來看一道例題,加深對這個定理的理解:
求f(x)=x^4(x-1)^3的極值點與極值.
解:f(x)=x^7-3x^6 3x^5-x^4,【因為下面要求好幾階導數,化成這個形式比較方便。觀察發現,這個函數在整個定義域上都n階可導。當然,七階之後就沒有什麼意義了】
當f’(x)=7x^6-18x^5 15x^4-4x^3=x^3(x-1)^2(7x-4)=0時, x=0,x=1或x=4/7.
f”(x)=42x^5-90x^4 60x^3-12x^2,
f”(0)=0, f”(1)=0,f”(7/4)=64/49>0.【可見x=4/7符合極值的第二充分條件】
f”’(x)=210x^4-360x^3 180x^2-24x, f”’(0)=0, f”’(1)=6(非極值),
f^(4)(0)=840x^3-1080x^2 360x-24, f^(4)(0)=-24<0,
∴在x=4/7取得極小值f(4/7)=-6912/823543; 在x=0取得極大值f(0)=0.
函數的大緻圖像如下:(在(0,1)上的圖像相當難畫)
最後總結一下運用極值第三充分條件,求極值點和極值的一般步驟:(忽略第一充分條件)
1、運用極值第二充分條件;(先求得部分符合第二充分條件的極值)
2、當f”(x0)=0時,求三階導函數;
3、若f”’(x0)≠0;x0不是極值點;
4、當f”’(x0)=0,求四階導函數,依此類推,
5、直至f(n)(x0)≠0;
若n為奇數,則x0不是極值點;
若n為偶數,當f(n)(x0)<0時, f(x0)是極大值;
當f(n)(x0)>0時, f(x0)是極小值.
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