导数的应用
极大值与极小值(maxima and minima)
想象某只股票一天之内的价格。有些小凸起,它比紧邻前后的时刻都高——这些是局部高点;而它一整天触及的最高价,则是全局高点。低点也是同样的道理。极大值与极小值不过就是函数的高点与低点,而微积分给了我们一套可靠的方法去把它们找出来,而不必盯着图象费力猜测。
我们要区分局部(相对)极值与全局(绝对)极值。局部极大是比附近一切都高的点;全局极大则是在所考察的整个定义域上的最高值。要判别一个临界点,一阶导数判别法看 f' 是否由正变负(局部极大)、由负变正(局部极小),还是保持同号(两者皆非)。二阶导数判别法常常更快:若 f'(c) = 0 且 f''(c) < 0,曲线下凹,故 c 是局部极大;若 f''(c) > 0,曲线上凹,故 c 是局部极小;若 f''(c) = 0,则该判别法无法定论。
有两点值得分清:闭区间上的每个全局极值,同时也是一个局部极值或端点;但局部极值未必是全局的——一座小山丘可以远远低于大山峰。最值定理保证:闭且有界区间上的连续函数,确实能同时取到全局极大与全局极小;若失去连续性、或区间不闭,这一保证便可能不成立。
f''(c) < 0 => local max ; f''(c) > 0 => local min
对 f(x) = x^2 - 4x,临界点 x = 2 处 f''(x) = 2 > 0,故 x = 2 是局部(此处亦为全局)极小值。
当 f''(c) = 0 时,二阶导数判别法会悄无声息地失效——例如 f(x) = x^4 满足 f''(0) = 0,可 x = 0 确实是极小值,这时应改用一阶导数判别法。
又称
另见