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:1×1=1;摆成长方形:1×2=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−2x20≤x≤1200
则 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,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