2022年经济数学基础微分学之第章导数应用 .pdf





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1、1 / 22 第一单元函数的单调性一、学习目标通过本节课的学习,了解函数单调性的概念,同时还要掌握利用一阶导数对函数在某一区间上的单调性的判别方法二、内容讲解1. 本章概述从这一讲开始讲第3 章导数应用在上一章的总结中指出,导数是特别重要的,不仅在本课程中有很多应用,而且在将来的工作中也有很多应用这一章中,主要讲导数在两方面的应用:1导数在研究函数时的应用;2导数在经济中的一些应用例 1 股市及股市曲线在生活中,随着经济的发展,同学们或多或少都会接触股市在股市上,人们特别关注股市曲线,关心在哪一段时间股市在上升,哪一段时间股市会下降;或者在哪一个时间达到峰值,哪一个时间达到低谷,低谷的值是多少
2、?例 2 生产场景及生产曲线在下两讲中就是要讨论这个问题2.单调性判别下面首先讨论(一)定义 3.1 函数的单调性什么叫函数的单调性?在工业管理中,关心投入与产量之间的关系,产量随投入变化的情况,何时达到最高精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页2 / 22 1.1 节中定义函数的单调性为:一个函数在一个区间之间随着自变量的增加,函数值也在增加,叫做单调增加的;如果随着自变量的增加,函数值却在减少,叫做单调减少的从函数本身或图形,都能判断函数的单调性,但有时还需要用导数工具判别单调性0200202xyxxyxxy时,当
3、时,当(二)函数单调性定理3.1设函数 y = f (x)在区间 a, b上连续,在区间 (a, b)内可导 . (1) 如果 x(a,b)时,f(x)0,则 f(x)在a,b上单调增加 ;(2) 如果 x(a,b)时,f(x)0,则 f(x)在a,b上单调减少 意义: 利用导数的符号判别函数的单调性说明:( 1)闭区间 a,b换成其它区间,如 (a,b),(-,b,(a,+)当在 x0 这一边的每一点处都有切线时,切线的特征是:切线与x轴正向的夹角一定小于90 先考察y =x2,它的图形是抛物线在 x0 处, 函 数 单 调 上升;在x()0,则 f (x)在a,b上单调增加 (不减);(2
4、) 如果 x(a,b)时,f(x)0,x (-,+) ,且 x0 y在(-,+) 上单调增加从图形上可以看出,这个函数的确在整个定义域上是单调增加的例 2 求 y=2x3 -9x2+12x-6的单调区间 . 分析 首先求出定义域,再利用定理3. 1(利用导数作为工具)判断该函数在哪个范围内单调增加,哪个范围内单调减少,即判断在哪个范围内导数大于0,在哪个范围内导数小于 0因此,要求出使导数等于0 的点(分界点),再作判断解:定义域为 (-,+),y= 6x2 - 18 x + 12;x2 - 3 x + 2 = 0;x 1)( x 2) = 0;x1= 1,x2 = 2 单调增加区间为 (-,
5、1,2,+);单调减少区间为 1,2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页5 / 22 在右图形中x1= 1, x2 = 2 是分界点,在区间(-,1 内,函数是单调增加的;而在区间1 ,2 内,函数单调减少;在区间2 ,+) 内,函数是单调增加的例 3 求xxy1的单调区间 . 解:定义域为 (-,-1) ,(-1 ,+),22)1(1)1()1(xxxxy单调增加区间为 (-,-1) ,(-1 ,+) 从图形中看出,该函数确实在整个定义域内是单调增加的归纳:求函数单调区间的步骤:确定)(xf的定义域;求f(x) =
6、 0 和f(x)不存在的点,并组成若干子区间;确定f(x)在每个子区间内的符号,求出f (x) 的单调区间例 4 当 x 0时,试证 ln(1+x)221xx. 分析 先建立一个函数 F(x),将问题转化为函数单调性讨论的问题;再利用导数判断F(x)的单调增加性,得到要证明的结论证:F(x)=ln(1+x) (221xx)01)1(11)(2xxxxxFF(x)单调增加又 F(0)=0,故当 x0时,F(x)0;即ln(1+x)221xx精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页6 / 22 四、课堂练习:求函数f(x)=
7、x-ex的单调区间分析:求函数f(x)的单调区间的步骤为:1. 确定函数f (x)的定义域2. 求出函数f (x)在其定义域内f(x) = 0 的点和导数不存在的点,将这些点由小到大排列,把定义域分成若干子区间3. 确定f(x)在每个子区间内的符号通常的做法是:在该子区间内任取一点x0,判定f(x0)的符号,由于f (x)在该子区间内单调,故f(x0)的符号就是f(x)在该子区间内的符号4.根据每个子区间内f(x)的符号,确定f (x)的单调增减性,得到f (x)的单调区间利用幂函数和指数函数求导公式求之(1)幂函数求导公式:若y=x,则yx1;( 2)指数函数求导公式:若y=ex,则y=ex
8、解:因为f(x)=x-ex的定义域为 (-,+),且f(x)=(x-ex)=x(ex)=1-ex。 五、课后作业1. 已知函数 y = f (x)的导数如下,问函数在什么区间内单调增加?(1)f(x)=x(x-2);(2)f(x)=(x+1)2(x+2);(3)f(x)=x3(2x-1);(4)f(x)=3)1(2x2. 求下列函数的单调区间:(1)f(x)=x2-5x+6;(2)f(x)=x1;(3)f(x)=x4-2x2+1;(4)f(x)=x2-lnx1.(1)0,(,),2;( 2)), 2;( 3)0,(,),21;( 4)), 1(.2.(1)25,(是单调减少区间,),25是单调
9、增加区间;(2))0,(,),0(是单调减少区间;(3) 1,(, 1 ,0是单调减少区间, 0, 1,), 1是单调增加区间;(4)22, 0(是单调减少区间,),22是单调增加区间. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页7 / 22 第二单元函数极值第一节函数极值及存在条件一、学习目标通过本节课学习,理解极值概念和极值存在的必要条件,掌握极值的判别方法和极值的求法二、内容讲解(1)极值概念定义 3.2 极值概念设函数 f (x)在点 x0的某邻域内有定义如果对该邻域内的任意一点x (xx0),恒有f(x)(f(x
10、0),则称 f (x0)为函数)(xf的极大(小)值,称 x0为函数)(xf的极大 (小) 值点函数的极大值与极小值统称为函数的极值,极大值点与极小值点统称为极值点 大家看下面这个图形:在一个坐标平面中画出一条曲线,即给出一个函数,并找出一些特殊点x1,x2,x3,x4,x5和两个端点哪些点是极大值点呢?可以看到x1是极大值点, x4也是极大值点端点 b 是不是极大值点呢?极大值点是指它的函数值要比周围的值都大,而端点b的右边是没有函数值,所以它不是极大值点再找一找哪些是极小值点?x2是一个极小值点, x5也是一个极小值点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
11、- - - - -第 7 页,共 22 页8 / 22 x3是极大值点还是极小值点呢?不是,它不是极值点,因为找不到一个小范围,使它的函数值成为最大或最小(2)极值求法下面利用这个图形来解决怎样求极值点的方法分析函数在极值点处具有什么特征x1是极大值点,曲线在这一点处是较光滑的,切线是存在的,而且切线是一条水平线;x5是极小值点,曲线在这一点处也是较光滑的,切线也是存在的,也是一条水平线由此可得到,若曲线在一点处是较光滑的,而这一点是极值点,那么它的切线一定是水平的,即它的导数为0定理 3.2 极值点必要条件如果点x0是函数 f (x)的极值点,且f(x0)存在,则f(x0)=0 使f(x0)
12、=0 的点,称为函数 f(x)的驻点 定理 3.2 表示,如果一个点是极值点,而且在可导的条件下,这个点一定是驻点这样,极值点可以在驻点或不可导点处找到说明: . 若f(x0)不存在,则 x0不是 f(x)的驻点. 定理 3.2 是极值存在的必要条件根据刚才的分析,函数的极值点或者是不可导点,或者是驻点但是,驻点并不一定是极值点例如:函数y=x3在 x0=0处,f(x0)=0,由图可知, x0=0 不是极值点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页9 / 22 因此,请大家想一想:极值存在的充分条件是什么?回答这个问题之
13、前,我们先借助于几何直观来分析从这个图形中很容易的看出,函数f(x)在点 x0处达到极大,x0是极大值点当然,函数在这一点处切线是存在的,函数在这一点是可导的,而且满足极值的必要条件f(x0)=0特征:点 x0的左边曲线是上升的,即导数值大于0;右边曲线是下降的,即斜率小于0由此可知,在可导的条件下,极值点的左右两边的导数符号是不一样的从图形上显然看出x0也是极大值点,但在这一点处导数不存在,这个极大值点是不可导点特征:在点 x0的左右两边的曲线都是可导的情况下,若点x0是极大值点,则它左边的导数大于 0,右边的导数小于0由这两个图可知,若x0是函数 f(x)的驻点或不可导点,且在点x0的左、
14、右两边的导数由正变负,则 x0是极值点,而且是极大值点这一结论具有一般性,它是充分条件的一部分再看极小值点从图中很容易发现x0是极小值点由于 x0是 f(x)的可导点,所以满足极值的必要条件f(x0)=0若 x0是极小值点,则它的右边曲线的斜率大于0,即导数值大于 0;而在左边,它的斜率小于0,即导数值小于 0所以,一个驻点是极小值点时,它的左、右两边的导数符号也是不一样的x0是这个函数极小值点,但是不可导点它所具有的特征是:在可导的条件下, x0右边的导数大于0,x0左边的导数小于0归纳:只要 x0满足极小值点的必要条件,那么在x0左右两边函数可导的条件下,左右两边的导数符号是不一样的,而且
15、从左到右,导数的符号从负的变为正的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页10 / 22 在这种情况下, x0不是极值点在 x0左右两边函数可导的条件下,两边的切线方向是一致的也就是说,尽管x0满足了极值点的必要条件f(x0) = 0,但在 x0的左右两边,导数不变号,因此可以肯定x0不是极值点 x0也不是函数的极值点,且在x0左右两边,导数的符号是一样的由上面的分析可以归纳出判别极值点的充分条件定理 3.3 极值点的充分条件设函数 f(x)在点 x0的邻域内连续并且可导 (f(x0)可以不存在 ) 如果在点 x0的左邻
16、域内f(x)()0,在点 x0的右邻域内f(x)0,那么 x0是 f(x)的极大 (小)值点,且 f(x0)是 f(x)的极大 (小)值如果在点 x0的邻域内,f(x)不变号,那么 x0不是 f(x)的极值点问题思考:若 x0是 f(x)的极值点,则一定有f(x0)=0吗?举例说明不一定例如,fxxx( ),(,),那么, x=0 是 f (x)的极值点但在x=0 处,f(x)不存在三、例题讲解例 1 设函数 y=ex- x+1,求驻点 分析 驻点就是使导数等于0 的点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页11 /
17、22 解:y=ex-1,由y=ex 1=0,得 x=0注意: 这里求出的 x=0 不能说是函数的一个极值点,只能说是函数的一个驻点可导函数f(x0)=0 是点 x0为极值点的必要条件,但不是充分条件例 2 设 y=x ln(1+x),求极值点 分析 首先求定义域,然后利用必要条件求驻点和不可导点,再利用充分条件进行判别,确定极值点解:定义域), 1(,0111xy,解得 x=0( 驻点) 在 x=0 的左右两边,y的符号由负变正,故x=0 是极小值点例 3 设73223xxy求极值点 分析 首先求定义域,然后利用必要条件求驻点和不可导点,再利用充分条件进行判别,确定极值点解:定义域),(;13
18、1xy,x=0 处导数不存在, x=1是驻点 . 在 x= 0的左右两边,y的符号由负变正,故x= 0 是极小值点;在 x= 1的左右两边,y的符号由正变负,故x= 1 是极大值点例 4 设4343xxy,求极值 分析 首先求定义域,然后利用必要条件求驻点和不可导点,再利用充分条件进行判别,确定极值点,最后写出极值解:定义域),(,在 x=0 的左右两边y同号,故 x=0 不是极值点;精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页12 / 22 在 x=1 的左右两边,y的符号由正变负,故x=1 是极大值点求函数极值的步骤:
19、(1)确定函数 f (x)的定义域,并求其导数f(x);(2)解方程f(x) = 0,求出 f (x) 在定义域内的所有的驻点;(3)找出)(xf所有在定义域内连续但导数不存在的点;(4)讨论f(x)在驻点和不可导点的左、右两侧附近符号变化情况,确定函数f(x)的极值点;(5)写出函数 f (x)的极值点和极值四、课后作业1求下列函数的极值:(1)f(x)=xx3443;(2)f(x)=xx162;(3)f(x)=x2 ln(1+x);(4)f(x)=x2e-x1. (1)极小值41)1(f;( 2)极小值12)2(f;(3)极小值231ln231)213(f;( 4)2maxmin4)2(,
20、 0)0(eff第二节函数最值一、学习目标通过本节课学习,了解最大值、最小值的概念,知道极值与最值之间的关系,掌握最大值、最小值问题的处理方法,熟练掌握解决一些应用问题的方法,尤其是求解经济应用问题最值的方法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页13 / 22 二、内容讲解1. 最大值、最小值及其求法(1)极值与最值的区别:极值是在其左右小范围内比较;最值是在指定的范围内比较所以,说到最大(小)值,要使问题提得明确,就必须明确指定考虑的范围如果在指定的范围内函数值达到最大,它就是最大值这个函数在区间 a,b内的极大值
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