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高中数学:函数的极值和最大(小)值讲解

更新时间:作者:小小条

函数极值的定义

高中数学:函数的极值和最大(小)值讲解

1、极小值点与极小值

若函数y=f(x)在点x=a的函数值f(a)比它在点x=a附近其他点的函数值都小,且有关系而且在点x=a附近的左侧右侧我们就把a叫做函数y=f(x)的极小值点,其中f(a)叫做函数y=f(x)的极小值.

2、极大值点与极大值

若函数y=f(x)在点x=b的函数值f(b)比它在点x=b附近其他点的函数值都大,且有关系而且在点x=b附近的左侧右侧我们就把b叫做函数y=f(x)的极大值点,其中f(b)叫做函数y=f(x)的极大值.

3、极大值点、极小值点统称为极值点;极大值、极小值统称为极值.

函数极值的求法与步骤

1、求函数y=f(x)的极值的方法

解方程当时,

①如果在附近的左侧右侧那么是极大值;

②如果在附近的左侧右侧那么是极小值.

2、求可导函数f(x)的极值的步骤

①确定函数的定义域,求导数

②求方程的根;

③列表;

④利用与f(x)随x的变化情况表,根据极值点左右两侧单调性的变化情况求极值

函数最值的定义

1、一般地,如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条连续不断的曲线,那么它必有最大值和最小值.

2、对于函数f(x),给定区间I,若对任意x∈I,存在使得下列关系式恒成立:则称为函数f(x)在区间I上的最小值;若对任意x∈I,存在使得则称数为函数f(x)在区间I上的最大值.

求函数的最大值与最小值的步骤

函数f(x)在区间[a,b]上连续,在区间(a,b)内可导,求f(x)在[a,b]上的最大值与最小值的步骤如下:

①求函数f(x)在区间(a,b)上的极值;

②将函数f(x)的各极值与端点处的函数值f(a),f(b)比较,其中最大的一个是最大值,最小的一个是最小值.

含参数的函数最值问题的两类情况

①能根据条件求出参数,从而化为不含参数的函数的最值问题.

②对于不能求出参数值的问题,则要对参数进行讨论,其实质是讨论导函数大于0、等于0、小于0三种情况.若导函数恒不等于0,则函数在已知区间上是单调函数,最值在端点处取得;若导函数可能等于0,则求出极值点后求极值,再与端点值比较后确定最值.

函数极值和最值在经济学中的运用

函数极值和最值在经济学中具有广泛的应用,主要体现在以下几个方面:

一、利润最大化问题

在经济学中,企业常常需要找到使利润最大化的产量或价格。这通常涉及到对利润函数求极值或最值。

利润函数:利润通常表示为总收入减去总成本,即L=R-C。总收入R可能是销售量Q与价格P的乘积,而总成本C可能包括固定成本和变动成本。

求极值:通过对利润函数L求一阶导数,找到使其等于零的点(即驻点),这些点可能是利润函数的极值点。进一步通过二阶导数检验,可以确定这些点是极大值点还是极小值点。在经济学中,通常关注的是极大值点,因为它代表了利润最大化的产量或价格。

最值问题:在某些情况下,如产量或价格受到约束(如市场需求、生产能力等),利润函数的最值可能出现在约束条件的边界上。此时,需要比较约束条件下的利润与驻点的利润,以确定全局最大值。

二、成本最小化问题

企业也关注如何降低成本,以提高竞争力。这同样涉及到对成本函数求极值或最值。

成本函数:成本函数表示生产一定数量的产品所需的成本。它可能包括固定成本(如租金、设备折旧等)和变动成本(如原材料、劳动力等)。

求极值:通过对成本函数求一阶导数,并找到使其等于零的点(即驻点),可以确定成本函数的极值点。这些点可能是成本最低的生产点。

最值问题:与利润最大化问题类似,成本最小化问题也可能受到各种约束条件的限制。因此,在求解成本最小化问题时,需要综合考虑约束条件和成本函数的极值点。

三、供需关系分析

在经济学中,供需关系是决定市场价格和数量的关键因素。通过极限分析,可以预测市场的饱和程度和价格走势。

需求函数:表示在不同价格水平下消费者愿意购买的产品数量。

供给函数:表示在不同价格水平下生产者愿意提供的产品数量。

市场均衡:当需求函数和供给函数相交时,市场达到均衡状态。此时的价格和数量被称为均衡价格和均衡数量。通过求解这两个函数的交点,可以找到市场的均衡状态。

极值分析:虽然供需关系分析通常不涉及直接的极值求解,但极限分析(如当价格趋于无穷大或无穷小时的需求和供给变化)有助于理解市场的长期趋势和饱和程度。

四、经济模型优化

在经济学研究中,经常需要构建各种经济模型来模拟和分析经济现象。函数极值和最值在这些模型的优化中发挥着重要作用。

模型构建:经济学家会根据研究目的和数据可用性构建不同的经济模型,如生产函数、消费函数、投资函数等。

优化问题:这些模型通常包含多个变量和约束条件,需要找到满足约束条件的最优解。这通常涉及到对目标函数(如利润、成本、效用等)求极值或最值。

求解方法:根据模型的复杂性和约束条件的不同,可以采用不同的求解方法,如拉格朗日乘数法、线性规划、非线性规划等。这些方法都涉及到对目标函数和约束条件的数学处理,以找到最优解。

综上所述,函数极值和最值在经济学中具有广泛的应用,它们为企业制定生产和销售策略、优化成本结构、分析市场趋势等提供了有力的数学工具。

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