函数的最大值与最小值 absolute maximum and minimum

我们知道,闭区间上的连续函数必定有最大值与最小值。如果最大值或者最小值在区间内部,则它必定为局部最大值或者最小值。所以最大值与最小值要么在临界点处,要么在端点处。我们只需要将这几个点处的函数值求出来,就得到了区间上的最大值与最小值。

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1,最大值最小值可能点:从前面的几节我们知道,如果最大值最小值在区间内部达到,那么它们必定是函数的极值。所以最大值最小值可能的地方只有两种可能,一种是函数的极值点,另一种就是函数的端点处。

2,最大值最小值的求解步骤:

  • 首先求出函数所有的极值;
  • 其次把极值与端点处的值比较,最大的为最大值,最小的为最小值。

3,一个结论:如果区间只有一个极值,那么它必然是最值,另一个最值在端点处。

例1:求函数 \(y=2x^3-3x^2-12x+1\) 在区间 \([-2,3]\) 上的最大值与最小值。

解:(1)函数的一阶导数为 \[f'(x)=6x^2-6x-12=6(x^2-x-2)=6(x+1)(x-2)\]令 \(f'(x)=0\),我们得到两个点 \(x=-1,2\)。

(2)我们用二阶导数来判定两个点是极大还是极小值。

\[f^{\prime\prime}(x)=12x-6\] 代入两个临界点的值, \(f^{\prime\prime}(-1)=-24\),所以 \(f(-1)=8\) 是极大值; \(f^{\prime\prime}(2)=-19\),所以 \(f(2)=-19\) 是极小值。

(3)端点处的值:\(f(-2)=-3, f(3)=-8\),所以 \(f(-1)=8\) 是区间上的最大值;\(f(2)=-19\) 是区间上的最大值。

例2:求函数 \(f(x)=\sin x+\cos x\) 在区间 \([0,\frac{\pi}{3}]\) 上的最大值与最小值。

解:(1)函数的一阶导数为 \[f'(x)=\cos x-\sin x,\] 令 \(f'(x)=0\),得到 \(x=\frac{\pi}{4}\)。

(2)函数的二阶导数为 \(f^{\prime\prime}(x)=-\cos x-\sin x\),\(f^{\prime\prime}(\frac{\pi}{4})=-\sqrt{2}<0\),所以 \(f(\frac{\pi}{4})=\sqrt{2}\) 是极小值,它是唯一的极值,所以它是区间上的最大值。

(3)端点处的值:\[f(0)=1, f(\frac{\pi}{3})=\frac{\sqrt{3}}{2}+\frac{1}{2}=\frac{1+\sqrt(3)}{2}\]所以区间上的最小值是 \(f(0)=1\)。