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寻找极值的方法有许多实际应用。比如最优解问题,假设你有四根 1 cm 的棍子,怎么摆放才能使面积最大?摆成正方形:\(1\times 1=1\);摆成长方形:\(1\times 2=2\)

或者是更难一点的问题:最大化利润、最短路径、最大面积。

具体步骤分为: 1. 理解问题:未知量和已知量是什么? 2. 绘图:根据已知和要求来建立起大概的图像 3. 引入记号:A——面积,t——时间 4. 表示函数,寻找变量对应的关系,给出定义域,解方程 5. 找最大最小值

EXAMPLE 1 一位农民有 2400 英尺的篱笆,想沿着一条直线河流围起一块矩形田地。他不需要沿着河岸设置篱笆。什么尺寸的田地面积最大?

可以看出数值不同对应的面积也不同

如图 2 所示,令 \(A\) 为面积,\(x,y\) 为高和宽,则有:

\[ A=xy \]

我们希望 \(A\) 以一元函数的形式表现,根据题目有 \(2x+y=2400\),由此有 \(y=2400-2x\),代入上方的公式有:

\[ A=x(2400-2x)=2400x-2x^{2} \quad 0\le x \le 1200 \]

\(A'=2400-4x\),则关键点是取 \(A'=0\),则 \(x=600\)。因此,\(A\) 的最大值要么出现在这个关键点处,要么出现在区间端点。代入有 \(A(600)=720000\)。所以当 \(x=600,\quad y=1200\) 时,有最大面积。

绝对极值的一阶导数测试

想象两个一元二次函数,一个开口向上一个开头向下;假设 \(c\) 为关键点,且函数在区间连续,则有 - 绝对最大值的情况,开头向下:当 \(x<c\) 时,\(f'(x)>0\)\(x>c\) 时,\(f'(x)<0\)。也就是说关键点两侧斜率的变化,下同 - 绝对最小值的情况,开头向下:当 \(x<c\) 时,\(f'(x)<0\)\(x>c\) 时,\(f'(x)>0\)