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340-第四章 微分中值定理与导数应用.ppt

发布:2017-09-27约字共102页下载文档
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第四章 微分中值定理与导数应用 第一节 微分中值定理 第二节 洛必达法则 第三节 泰勒公式 第四节 函数的单调性与函数的极值 第五节 曲线的凹凸性与拐点 第一节 微分中值定理 一、罗尔定理 二、拉格朗日中值定理 三、柯西中值定理 一、罗尔(Rolle)定理 二、拉格朗日(Lagrange)中值定理 三、柯西(Cauchy)中值定理 第二节 洛必达法则 第三节 泰勒公式 第四节 函数的单调性与函数的极值 一、函数单调性的判断 二、函数的极值与最值 第五节 曲线的凹凸性与拐点 一、曲线的凹凸与拐点 二、曲率 三、函数作图 步骤: (1)求驻点和不可导点; (2)求区间端点及驻点和不可导点的函数值,比较大小,哪个大哪个就是最大值,哪个小哪个就是最小值; 注意:如果区间内只有一个极值,则这个极值就是最值.(最大值或最小值) 例9 解 计算 比较得 实际问题求最值应注意: (1)建立目标函数; (2)求最值; 例10 某房地产公司有50套公寓要出租,当租金定为每月180元时,公寓会全部租出去.当租金每月增加10元时,就有一套公寓租不出去,而租出去的房子每月需花费20元的整修维护费.试问房租定为多少可获得最大收入? 解 设房租为每月 元, 租出去的房子有 套, 每月总收入为 (唯一驻点) 故每月每套租金为350元时收入最高. 最大收入为 一、曲线的凹凸性与拐点 二、曲率 三、函数作图 如何研究曲线的弯曲方向? 图形上任意弧段位 于所张弦的上方 图形上任意弧段位 于所张弦的下方 定义 定理2 证(1) 如何判断曲线的凹凸性? 例11 解 注意到, 方法1: 拐点的求法 例12 解 凹的 凸的 凹的 拐点 拐点 方法2: 例13 解 例14 解 注意: 规定: ? ? 单调增函数 如图, ? ? 弧微分公式 一、问题的提出 当函数比较复杂时,为了便于研究,常用多项式来近似表达函数。 不足: 1、精确度不高; 2、误差不能估计. 二、泰勒(Taylor)中值定理 证明: 拉格朗日型余项 佩亚诺型余项 麦克劳林(Maclaurin)公式 解 代入公式,得 由公式可知 估计误差 其误差 常用函数的麦克劳林公式 解 一、函数单调性及其判断 二、函数的极值与最值 三、曲线的凹凸性与拐点 四、曲率 五、函数作图 定理 证 应用拉格朗日中值定理,得 例1 解 注意:函数的单调性是一个区间上的性质,要用导数在这一区间上的符号来判定,而不能用一点处的导数符号来判别一个区间上的单调性. 例2 讨论 y = | x |的单调性。 解:此函数的定义域为 例3 解 例4 解 单调增加区间为 单调减少区间为 例5 证 注意:区间内个别点导数为零,不影响区间的单调性. 例如, 定义 函数的极大值与极小值统称为极值,使函数取得极值的点称为极值点. 1. 函数的极值 定理1(必要条件) 定义 注意: 例如, 定理2(第一充分条件)设函数 在 处连续, 且在 的某一个去心邻域 内可导, 求极值的步骤: 例6 解 列表讨论 极大值 极小值 定理3(第二充分条件) 证 同理可证(2). 例7 解 图形如下 注意: 例8 解 注意:函数的不可导点,也可能是函数的极值点. 2. 函数的最值 常会遇到下面这类问题:在一定条件下,怎样使“产品最多”、“用料最省”、“成本最低”、“效率最高”等问题,这类问题在数学上归为求某一函数的最大值和最小值问题。 * * 看右图,函数连续,且两端点处的函数值相等,除端点外处处有不垂直于x 轴的切线,在C点和D点的切线有何特点? 观察: 费马(Fermat)引理 通常称导数等于零的点为函数的驻点(或稳定点、临界点)。 例如, 几何解释: 证 几何解释: 证 分析: 弦AB方程为 作辅助函数 拉格朗日中值定理又称有限增量定理. 拉格朗日中值公式又称有限增量公式. 定理 例2 证 例3 证 由上式得 即 即 证 作辅助函数 特别地 这时 即为 证 定义辅助函数 则有 例1 解 例2 解 例3 解 例4 解 例5 解 方法:将它们化为 或 未定式的类型,再求解 . 例6 解 例7 解 注意:洛必达法则是求未定式的一种有效方法,但与其它求极限方法结合使用,效果更好. 例8 解 例9 解 此极限不存在,洛必达法则失效,但不能由此断定所求极限不存在。 注意:洛必达法则的使用条件. 一、问题的提出 二、泰勒中值定理
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