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第7章高阶导数分析
第7章 高阶导数
一、一阶导数和二阶导数
函数y=f(x)
(一)一阶导数
(二)二阶导数
若函数y=f(x)的导数仍为可导函数,则称的导数为函数y=f(x)的二阶导数,记为,即
【例题】
【练习】P122的例8.1
(三)高阶导数
二阶以上的导数都称为高阶导数。
【例】求高阶导数
【】
【】
【例】求n阶导数
【】
【】
【】
【】
【例8.4】P130。
二、高阶导数的数学应用——了解函数的性质
(一)单调性
若函数y=f(x)在闭区间【a,b】内连续,在开区间(a,b)内可导,那么
1. 若x∈(a,b),恒有>0,则f(x)在【a,b】内单调增加;
2. 若x∈(a,b),恒有<0,则f(x)在【a,b】内单调减少;
3. 若x∈(a,b),有=0,则称x为函数f(x)的驻点。
【例】讨论函数的单调性
解:
①已知函数的定义域为(-∞,+∞),且有
②令,求得驻点
③以为分点,将定义域分为(-∞,0),(0,2),(2,+∞)三个区间,在(-∞,0),(0,2),(2,+∞)内不会变号
x (-∞,0) 0 (0,2) 2 (2,+∞) + 0 - 0 + f(x) 单调上升 1/3 单调下降 -1 单调上升 ④∴函数f(x)在(-∞,0),(2,+∞)内单调递增;在(0,2)内单调递减。
【练习】讨论函数的单调性
x (-∞,-2) -2 (-2,3) 3 (3,+∞) + 0 - 0 + f(x) 单调上升 60 单调下降 -65 单调上升 【例】讨论函数的单调性
解:
①已知函数的定义域为(-∞,+∞),且有
②令,求得驻点和不可导点
③以为分点,将定义域分为(-∞,0),(0,1),(1,+∞)三个区间,在(-∞,0),(0,1),(1,+∞)内不会变号
x (-∞,0) 0 (0,1) 1 (1,+∞) + 不存在 - 0 + f(x) 单调上升 1 单调下降 1/10 单调上升 ④∴函数f(x)在(-∞,0),(1,+∞)内单调递增;在(0,1)内单调递减。
x (-∞,1) 1 (1,3) 3 (3,+∞) + 0 - 0 + f(x) 单调上升 1 单调下降 -3 单调上升 【总结】判断单调性的步骤
1. 确定函数y=f(x)的定义域,连续区间,可导区间。
2. 求=0的根,和不存在的点。
3. 用以上得出的点将定义域分成若干区间。
4. 判别在每个开区间的符号,从而确定其单调性。
(二)极值
1. 极值的含义
设函数f(x)在点的邻域内有定义,对该邻域内的x恒有,则称为函数的极大值,而点称为极大值点。
同理可以定义函数的极小值。极大值和极小值统称为极值。
2. 极值的性质
局部性——极值是一个局部性的概念:,函数的某个极小值可能比极大值还要大。
非唯一性——函数在定义域区间内的极值和极值点不是唯一的,一个函数可能存在着多个极值和极值点。
3. 判断极值的方法
(1)用一阶条件判断
设函数f(x)在的邻域内连续可导:
如果,则函数f(x)在点取极大值。
如果,则函数f(x)在点取极小值。
如果在的邻域内不变号,则函数f(x)在点不取极值。
用来寻找曲线的平稳定(驻点)。
【例】求的极值
解:
①定义域为(-∞,+∞),且
②令,得驻点
x (-∞,1) 1 (1,2) 2 (2,+∞) + 0 - 0 + f(x) 单调上升 2 单调下降 1 单调上升 ③∴极大值点为x=1,极大值为f(1)=2;极小值点为x=2,极小值为f(2)=1
【例】求的极值
解:①定义域为(-∞,+∞),且
②令,得驻点
x (-∞,0) 0 (0,3/2) 3/2 (3/2,+∞) - 0 - 0 + f(x) 单调下降 0 单调下降 -27/16 单调上升 ∴函数的极小值点为x=3/2,极小值为f(3/2)=-27/16.
【例8.2】P127
(2)用二阶导数判断——充分条件
设函数f(x)在处有二阶导数,且,如果:
,则为函数f(x)的极大值点。
,则为函数f(x)的极小值点。
,则暂时不能判断。
【例】求函数的极值
解:①;
②令解得
③当时,有∴为极小值点,极小值为
④当时,有∴为极大值点,极大值为-3。
【例】求函数的极值
解:
①;
②令,解得
③∵∴x=1为极大值点,极大值为8。
④∵∴x=3为极小值点,极小值为4。
【例8.3】P127.
【习题8.1】P141
(3)用高阶导数来判断
如果第一个非0高阶导数,出现在奇数次微分之后,则是拐点。
偶数次微分之后,为负则为局部极大值点;为正则为局部极小值点。
【例8.4】P130
【习题8.2】P141
4. 总结:求极值的步骤
(1)一阶条件(必要条件)
令一阶导数为0,求出所有的平稳点:
(2)二阶条件(充分
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