高2下册人教版数学 第9课 函数的极值与导数 逐字稿-5,111字

  师:同学们,大家好!今天我们开始新一课的学习。上一节课,我们学习了函数的单调性与导数。这节课,我们继续学习导数的应用——函数的极值与导数。函数的极值是高中阶段接触的新内容,是下一节学习最大值与最小值的基础,所以大家对这部分内容要透彻理解。

  在新课开始前,我们先来复习上节课学的两个知识点。

  第一个知识点,函数的单调性与其导函数的正负有什么关系?通过上节课学习我们知道,在某个区间(a)到(b)内,如果导函数(y'\gt0),那么函数(y = f(x))在这个区间内单调递增;如果导函数(y'\lt0),那么函数(y = f(x))在这个区间内单调递减。由此,我们能依据导函数的正负判断函数在某个区间内的单调性。

  第二个知识点,用导数法确定函数单调性的步骤是什么?第一步,求函数(f(x))的定义域;第二步,求出函数的导函数(f'(x));第三步,求不等式(f'(x)\gt0)的解集与定义域的交集,写出函数的单调递增区间;求不等式(f'(x)\lt0)的解集与定义域的交集,写出函数的单调递减区间。

  下面,请同学们观察这样一幅图像,并回答第一个问题:函数(y = f(x))在(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)等点处的函数值,与这些点附近的函数值有什么关系?为方便研究,我们以图中的(d)点和(e)点为研究对象,将这两点处的函数图像局部放大。

  通过观察图像,我们发现(d)点在其附近是最低点,所以(d)点处的函数值比附近的函数值都小;(e)点在其附近是最高点,所以(e)点处的函数值比附近的函数值都大。

  第二个问题,(y = f(x))在这些点处的导数值是多少?我们仍以(d)点和(e)点为例。从图像中可以看到,(d)点和(e)点处可作出两条切线,这两条切线与(x)轴平行,所以这两点处的导函数为(0)。

  第三个问题,在这些点附近,(y = f(x))的导数符号有什么规律?我们先看(d)点,在(d)点左侧附近,函数值不断减小,意味着原函数在(d)点左侧附近单调递减,所以导函数为负;在(d)点右侧附近,函数值不断增加,即(d)点右侧附近单调递增,导函数为正。同样地,观察(e)点,(e)点左侧附近函数值不断增大,导函数为正;(e)点右侧附近函数值不断减小,在右侧附近单调递减,导函数为负。

  我们可以总结如下:对于函数(y = f(x)),在点(x = d)处的函数值(f(d)),比在(x = d)左右附近其他点的函数值都小,且(f'(d)=0),我们就把点(d)叫做函数(y = f(x))的极小值点,(f(d))叫做函数(y = f(x))的极小值。在(x = d)附近,左侧导函数(f'(x)\lt0),右侧(f'(x)\gt0)。

  在这个定义中,有几点需要注意。我们说在(x = d)的左右附近,这里不仅指左边或右边,而是左右两边很小的一个范围内。端点只有单边,所以端点不能是极值点。另外,(x = d)把它叫做函数的极小值点,这个定义和必修一讲的零点定义有些相似,大家理解时要注意区分。

  同理,对于函数(y = f(x)),在点(x = e)处的函数值(f(e)),比在其附近其他点的函数值都大,且(f'(e)=0),我们把点(e)叫做函数(y = f(x))的极大值点,(f(e))叫做函数(y = f(x))的极大值。在(x = e)附近,左侧导函数(f'(x)\gt0),右侧(f'(x)\lt0)。同样要理解两点:一是必须在点(e)的左右两侧附近;二是(e)指的是(x = e)。我们把刚才讲的极小值点、极大值点统称为极值点,极小值、极大值统称为极值。

  下面大家思考两个问题:一是我们讲的极小值点、极大值点对于函数(f(x))来说是否唯一;二是极大值是否一定大于极小值?

  请同学们观察图像。根据定义,如果函数先减后增,那么函数有极小值;如果函数先增后减,那么函数有极大值。从图中我们可以找出,当(x = b)、(x = d)、(x = f)时,是函数(y = f(x))的极小值点;(x = c)、(x = e)、(x = g)时,是函数(y = f(x))的极大值点。所以函数(y = f(x))有(3)个极大值点,(3)个极小值点,由此可知函数的极值点不唯一。

  再看,(x = b)对应的函数值是极小值(f(b)),(x = e)对应的函数值是极大值(f(e))。通过图形可发现,极小值(f(b))大于极大值(f(e)),所以函数的极大值不一定比极小值大,即函数的极大值和极小值之间的大小关系不确定。

  下面请同学们看几个练习,加深对刚才所学概念的理解。

  第一题,函数(y = f(x))的导数(y')与函数值和极值之间的关系为。通过前面学习我们知道,导数(y')的正负对应函数的增减,函数由增到减有极大值,函数由减到增有极小值,所以这题(d)选项正确。

  第二题,函数(f(x))的定义域为开区间((a,b)),导函数(f'(x))在((a,b))内的图像如图所示,则函数(f(x))在开区间((a,b))内有多少个极小值点?同学们知道,极小值是原函数先减后增,在极小值左侧附近,导函数(f'(x)\lt0),在极小值右侧附近,导函数(f'(x)\gt0),所以极小值点对应的导函数图像应该先负后正。请同学们在图中找一找,哪个点对应的图像函数值先负后正。我们发现只有(x = x_0)这点,它对应的导函数函数值先负后正,所以(x = x_0)是这个函数的极小值点,该函数有一个极小值点。

  第三题,如图为(y = f(x))的导函数的图像,则下列判断正确的是。通过观察导函数图像,我们发现导函数在(-3)到(-1)这个区间上函数值为负,所以原函数在(-3)到(-1)这个区间上是减函数;导函数在(-1)到(2)这个区间上为正,所以原函数在(-1)到(2)这个区间上是增函数,所以一是错的,二是对的。导函数在(2)到(4)这个区间上为负,所以原函数在(2)到(4)这个区间上是减函数,三正确。(x = 2)应该是(f(x))的极大值点,四错误,所以这题应选(b)选项。

  通过刚才这三个练习,大家对今天所学概念应该有了更深理解。下面我们看例题第一题,求函数(f(x)=x^3 - 12x + 12)的极值。根据定义,函数极值点处导数为(0),所以我们利用导函数为(0)来求该函数极值。这个函数定义域为实数,这里省略不写。

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