当x??1时,f'(x)?0;当?1?x?0时,f'(x)?0, 所以函数f(x)在x??1处无极值
同理函数在x?1处去极值 (2)利用导数求函数的最值 在经济活动和日常生活中,常遇到在一定条件下。怎样用料最省、成本最低、效率最高或者效益效率最好的问题,这些归纳到数学问题上,即为函数的最大值或最小值问题。
假定函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则必存在最大、最小值,其判定方法为:①找出可能为极值点的函数值(即区间内使f'(x)?0或f'(x)不存在的所有点的函数值);②计算出端点处的函数值f(a),f(b);③比较极值和端点值的大小;其中最大的就是函数f(x)在闭区间[a,b]上的最大值,其中最小的就是函数f(x)在闭区间[a,b]上的最小值。
最值与极值是不同的:极值反映的是函数形态,即极值只是与该点在附近的函数值比较而言的,而对于远离该点的情形不予考虑;而最值则是函数整体形态的反映,它是指函数在所考察的区间上全部函数值中的最大者(或最小者)。
??例6、求函数y?sin(2x)?x在区间[?,]上的最大、最小值。
22??解:f'(x)?2cos(2x)?1,令f'(x)?0即2cos(2x)?1?0解得x1??,x2?,
66x变化时f'(x),f(x)的变化如下表: x f'(x) f(x) ??2 (?? ,?) 26— ???60 (???,) 66+ ? 60 33?? 6(,) 62— ??? 2 ?? 2? ??336 ? ? ?2 由上表可知最大值是
??,最小值为?
22例7、已知a?0,函数f(x)?(x2?2ax)ex,当x为何值时,f(x)取得最小值?证明你的结论。
解:f'(x)?[x2?2(1?a)x?2a]ex,由f'(x)?0,得
x1,2?a?1?1?a2(x1?x2)(a?0),x变化时f'(x),f(x)的变化如下表:
x f'(x) f(x) (??,x1) + ? x1 0 极大值 (x1,x2) — ? x2 0 极小值 (x2,??) + ? 当(a?0)时,x1??1,x2?0。而当x?0时,f(x)?x(x?2a)ex?0;
x?0时,f(0)?0。
所以当x?a?1?a2?1时,f(x)取得最小值。
(3)利用导数求函数值域
求函数的值域是中学数学的难点,下面介绍利用高中教材新增加内容---导数来求解值域
例8、求函数y?2x?4?x?3的值域。 解:函数的定义域为[?2,??),
y'?112x?3?2x?4 ??2x?42x?322x?4?x?32x?8
2x?3?2x?4又2x?3?2x?4?可见当x??2时,y'?0
所以y?2x?4?x?3在[?2,??)上是增函数。而f(?2)??1, 所以函数y?2x?4?x?3的值域是[?1,??)
(4)实际问题中导数的应用 例9、(2004年全国高考题)甲方是一农场,乙方是一工厂,由于乙方生产须占用甲方的资源,因此甲方有权向乙方索赔以弥补经济损失并获得一定的净收入.在乙方不赔付甲方的情况下,乙方的年利润x(元)与年产量t(吨)满足函数关系式x?2000t.若乙方每生产一吨产品必须赔付甲方s元(以下称s为赔付价格)。
(1) 将乙方的年利润w(元)表示为年产量t(吨)的函数,并求出乙方获的最大利润的年产量;
(2)甲方每年受乙方生产影响的经济损失金额y?0.002t2(元),在乙方按照获得最大利润的产量进行生产的前提下,甲方要在索赔中获得最大净收入,应向乙方要求的赔付价格s是多少?
解 (1)由题意得,乙方的实际年利润为:w?2000t?st
100021000210002)时,)?因为w?2000t?s(t)??s(t?,所以当t?(w取sss210002)(吨). 的最大值,因此乙方获的最大利润的年产量t?(s(2)设甲方在索赔中获得的净收为v元,则v?st?0.002t2,将乙方获的最大
10002)代入上式,可得到甲方净忙收入v与赔付价格s之间的利润的年产量t?(s100022?10003?函数关系式v?st?0.002t?,令v??0得s?20.因当s?20时4ss2v??0;当s?20时v??0,所以当s?20时,v可取最大值。故甲方向乙方要求
的赔付价格s是20(元/吨)时,可获得最大净收入。
1.4利用导数知识描绘函数图形
为有助于某些函数图形的描绘,下面介绍曲线的渐近线。 (1)曲线的渐近线
定义3 若曲线上的一点沿着曲线趋于无穷远时,该点与某天直线的距离趋于0,则称此直线为曲线的渐近线。
水平渐近线 若曲线y?f(x)的定义域是无限区间,且有:limf(x)?b,
x???或limf(x)?b,则直线y?b为曲线y?f(x)的水平渐近线。
x???f(x)??,或lim?f()x??,则直线垂直渐近线 若曲线y?f(x)有:lim?x?cx?cx?c为曲线y?f(x)的垂直渐近线。
斜渐近线 若lim[f(x)?(ax?b)]?0成立,则y?ax?b是曲线的一条斜渐
x???近线。
下面介绍求a,b的公式。 由lim[f(x)?(ax?b)]?0有:
x???f(x)b?a?]?0
x???xxf(x)b?a?]?0 所以 lim[x???xxf(x)即 a?lim
x???x limx[
将a?limx???x???f(x)f[x?(a)?x(b?即可确定求出并代入limx???xb?limf[?x( a)xx2例10、求曲线y?的渐近线
x?1x2??,所以x??1是曲线的垂直渐近线 解:(1)因limx??1x?1(2)由a?limx??f(x)x?lim?1 x??xx?1x2?x?x]?lim??1 和b?lim[f(x)?ax]?lim[x??x??x?1x??x?1可知y?x?1是曲线的斜渐近线
(2)函数图形的作法
导数未纳入高中教材时,做图形主要依靠描点作图,这样的图形比较粗糙。导数的出现
能更好的反应出导数的各种性态。
描绘图形的一般步骤如下:
①确定函数的定义域、值域及函数初等形态(对称性、周期性、奇偶性)等;
②求出f'(x),f''(x);
③列表讨论函数单调性、凹凸性及极值、拐点; ④确定曲线的渐近线;
⑤由曲线方程找出一些特殊点的坐标; ⑥用光滑曲线连接,画出y?f(x)的图象。 例11、作函数y?4(x?1)?2的图形 2x解:函数的定义域为{x|x?0,x?R}
y'??4(x?2)8(x?3)''y?,
x3x4令y'?0,得x??2;
令y''?0,得x??3。列表如下:
x y' y'' y (??,?3) ?3 (?3,?2) ?2 (?2,0) 0 (0,??) — — ? — 0 拐点?26 9— + ? 0 + 极小值 ?3 + + ? 不存在 — 不存在 + 不存在 ? 4(x?1)?2]??,?x??2为曲线的水平渐进线 2x?0x4(x?1)?2]??,?x?0为曲线的铅垂渐进线 ?lim[2x?0x又?lim[曲线经过(1?3,0),(1?3,0),(?1,2),
2(1,6),(2,1),(3,?)这几个点
9通过上面的讨论可大致绘出图形(如图9)
1.5利用导数求参数问题
利用导数求函数中参数的范围,它是利用导数求函数单调性、极值、最值的延伸。
??2例12、(05湖北理)已知向量a?(x,x?1),b?(1?x,t),若f(x)?a?b在区间(-1,1)上是增函数,求t的取值范围.
解:由向量的数量积定义,f(x)?a?b?x2(1?x)?t(x?1)??x3?x2?tx?t
?f'(x)??3x2?2x?t,又f(x)?a?b在区间(-1,1)上是增函数,则f'(x)?0
?t?3x2?2x在 (-1,1)上恒成立.
令g(x)?3x2?2x在区间[-1,1]上,则g(x)max?g(?1)?5, 故在区间(-1,1)上使t?g(x)恒成立,
只需t?g(?1)即可,即t?5. 即t的取值范围是[5,??).