用导数求函数最值的核心步骤可概括为:求导找临界点、判断极值类型、比较端点值。 具体操作中需结合函数定义域,通过分析导数的符号变化或二阶导数验证极值,最终综合比较所有候选点的函数值确定全局最值。
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求导并解临界点
对目标函数求导得到,解方程找到临界点(即可能的极值点)。例如,函数的导数为,解得临界点和。 -
判断极值类型
- 一阶导数检验法:在临界点附近选取测试值,若从左到右由正变负,则该点为极大值点;反之则为极小值点。
- 二阶导数检验法:计算,若则为极小值点;若则为极大值点。例如,在处(极大值),在处(极小值)。
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检查定义域端点
若函数定义域为闭区间,需额外计算端点值和。例如在区间的最值需比较、、、,最终最大值为0,最小值为-4。 -
综合比较确定最值
将所有临界点、不可导点及端点的函数值对比,最大值即全局最大值,最小值即全局最小值。注意排除无定义的点。
提示:实际应用中需结合问题背景验证结果的合理性,例如成本函数的最小值需为非负数。对于多变量函数,需引入偏导数和Hessian矩阵扩展方法。