前言
极值与最值是很不容易弄清楚的两个概念。
相关概念
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极值是在函数的定义域内的某一个自变量的取值\(x_0\)的小邻域[定义域的某个小区间]内,\(f(x_0)\)和这个小邻域内其他的函数值相比较,他是龙头老大(或老小);最值是函数在自己的定义域内的来说,是龙头老大(或老小),故极值不会在某个区间的端点处取到,而最值有可能在区间的端点处取到。
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说到极值和最值,都是针对函数值\(y\)而言;说到极值点或者最值点,都是针对函数的自变量\(x\)而言;且极值点和最值点都不是点,而是实数。
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函数的极大值和极小值之间没有必然联系,即极大值不一定比极小值大;
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对于可导函数\(f(x)\)而言,\(x_0\)成为函数\(f(x)\)的极值点的必要条件是\(f'(x_0)=0\),其充要条件是\(f'(x_0)=0\)且导函数\(f'(x)\)在\(x_0\)的两侧的函数值异号,简单的说,其充要条件是\(x_0\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点。
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函数在极值点处不一定可导,比如函数\(f(x)=|x|\),\(x=0\)是其极值点,但函数在\(x=0\)处不可导。
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函数的最大值不一定是极大值,也可能是端点值;函数的最小值不一定是极小值,也可能是端点值;
充要条件
分析:说明不必要性,比如函数\(y=x^3\)在\((-\infty,+\infty)\)上单调递增,但是却有\(f'(x)\ge 0\),故必要性不成立。
比如常函数\(f(x)=c(c为常数)\),满足\(f'(x)\ge0\),但是没有单调性,故充分性不成立;
若函数\(f(x)\)单调递增,则必有\(f'(x)\ge 0\),故必要性成立。
说明:①在此区间的任意一个子区间内导函数都不恒为零,就排除了函数为常函数的可能;②已知函数的单调性[如单调递增]求参数的取值范围类问题中,如果我们令\(f'(x)>0\)恒成立,则会漏掉参数的取值,若令\(f'(x)\geqslant 0\)恒成立,则会多出参数的取值,所以最后求得参数的取值范围后常常需要验证等号的情形,以防止为常函数。
分析:图像法,由题目可知,若\(p\)为真,则\(1-2m>0\),解得\(m<\cfrac{1}{2}\)(依托\(y=\cfrac{1}{x}\)的单调性);
导数法:由\(f(x)=\cfrac{1-2m}{x}\)在区间\((0,+\infty)\)上单调递减,则有
\(f'(x)=-(1-2m)\cfrac{1}{x^2}\leq 0\)在区间\((0,+\infty)\)上恒成立,
即\(2m-1\leq 0\),即\(m\leq \cfrac{1}{2}\),这个结果是错误的,
原因是缺少验证,当\(m=\cfrac{1}{2}\)时, 函数\(f(x)=0\)为常函数,
不符合题意,故舍去,即\(m<\cfrac{1}{2}\)。
解后反思:本题目利用函数\(f(x)\)的单调性求参数的取值范围时,既可以利用单调性的性质,也可以利用导数法,但是导数法很容易出错。
分析:比如函数\(f(x)=x^3\),在\(R\)上单调递增,无极值点,而\(f'(x)=3x^2\),\(f'(0)=0\),
但是很遗憾\(x=0\)不是极值点,应该是驻点和拐点,故充分性不成立;
若\(x_0\)为函数的极值点,也不能推出\(f'(x_0)=0\),因为函数的极值点有可能就不可导,
比如函数\(f(x)=|x|\),\(x=0\)是其极值点,但是函数在这一点(尖角点)并不可导。
说明:此时由于函数是可导函数,就排除了函数在\(x_0\)处不可导的情形,
故\(x_0\)为函数的极值点,能推出\(f'(x_0)=0\),必要性成立。
分析:\(f'(x)=3x^2+2ax+b\),由\(\begin{cases}f'(1)=0\\f(1)=10\end{cases}\),
得到\(\begin{cases}3+2a+b=0\\1+a+b-a^2-7a=10\end{cases}\),
解得\(\begin{cases}a=-2\\b=1\end{cases}\),或\(\begin{cases}a=-6\\b=9\end{cases}\),
当\(a=-2,b=1\)时,\(f'(x)=(3x-1)(x-1)\),
此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点,但是在\(x=1\)处取到极小值,不符舍去;
当\(a=-6,b=9\)时,\(f'(x)=3(x-1)(x-3)\),
此时\(x=1\)是导函数\(f'(x)\)的变号零点,且在\(x=1\)处能取到极大值。
故\(\cfrac{a}{b}=-\cfrac{2}{3}\)。
反思总结:由方程组解出来的根\(x=x_0\),只能说明这一点的函数值是0,并不能说明这一点\(x_0\)处的左右的函数值的正负,有可能是不变号零点,那么这一点不会成为极值点,也有可能是变号零点,但是左右的正负值不符合。