则极限可能存在,也可能不存在,我们就把式子称为未定式。分别记为型
我们容易知道,对于未定式的极限求法,是不能应用\商的极限等于极限的商\这个法则来求解的,那么我们该如何求这类问题的极限呢?
下面我们来学习罗彼塔(L'Hospital)法则,它就是这个问题的答案 注:它是根据柯西中值定理推出来的。
罗彼塔(L'Hospital)法则
当x→a(或x→∞)时,函数,都趋于零或无穷大,在点a的某个去心邻域内(或当│x│>N)时,
与都存在,≠0,且存在
则:=
这种通过分子分母求导再来求极限来确定未定式的方法,就是所谓的罗彼塔(L'Hospital)法则 注:它是以前求极限的法则的补充,以前利用法则不好求的极限,可利用此法则求解。
例题:求
解答:容易看出此题利用以前所学的法则是不易求解的,因为它是未定式中的以利用上面所学的法则了。
型求解问题,因此我们就可
例题:求
解答:此题为未定式中的型求解问题,利用罗彼塔法则来求解
另外,若遇到
、
、
、
、
等型,通常是转化为
型后,在利用法则求解。
例题:求
解答:此题利用以前所学的法则是不好求解的,它为
型,故可先将其转化为
型后在求解,
注:罗彼塔法则只是说明:对未定式来说,当存在,则存在且二者的极限相同;而
并不是不存在时,也不存在,此时只是说明了罗彼塔法则存在的条件破列。 函数单调性的判定法
函数的单调性也就是函数的增减性,怎样才能判断函数的增减性呢?
我们知道若函数在某区间上单调增(或减),则在此区间内函数图形上切线的斜率均为正(或负),也就是函数的导数在此区间上均取正值(或负值).因此我们可通过判定函数导数的正负来判定函数的增减性.
判定方法:
设函数在[a,b]上连续,在(a,b)内可导.
>0,那末函数<0,那末函数
在[a,b]上单调增加; 在[a,b]上单调减少.
a):如果在(a,b)内 b):如果在(a,b)内
例题:确定函数的增减区间.
解答:容易确定此函数的定义域为(-∞,+∞)
其导数为: 当x>0时, 当x<0时,
,因此可以判出:
>0,故它的单调增区间为(0,+∞); <0,故它的单调减区间为(-∞,0);
注:此判定方法若反过来讲,则是不正确的。
函数的极值及其求法
在学习函数的极值之前,我们先来看一例子:
设有函数,容易知道点x=1及x=2是此函数单调区间的分界点,又可知在点
x=1左侧附近,函数值是单调增加的,在点x=1右侧附近,函数值是单调减小的.因此存在着点x=1的一个邻域,对于这个邻域内,任何点x(x=1除外),这些性质呢?
事实上,这就是我们将要学习的内容——函数的极值, 函数极值的定义 设函数
在区间(a,b)内有定义,x0是(a,b)内一点.
<
均成立,点x=2也有类似的情况(在此不多说),为什么这些点有
若存在着x0点的一个邻域,对于这个邻域内任何点x(x0点除外), 则说
是函数
的一个极大值;
<均成立,
若存在着x0点的一个邻域,对于这个邻域内任何点x(x0点除外), 则说
是函数
的一个极小值.
>均成立,
函数的极大值与极小值统称为函数的极值,使函数取得极值的点称为极值点。 我们知道了函数极值的定义了,怎样求函数的极值呢? 学习这个问题之前,我们再来学习一个概念——驻点 凡是使
的x点,称为函数
的驻点。
判断极值点存在的方法有两种:如下 方法一: 设函数
在x0点的邻域可导,且
.
>0,当x取x0右侧邻近值时,
<0,
情况一:若当x取x0左侧邻近值时,
则函数在x0点取极大值。
<0,当x取x0右侧邻近值时,
>0,
情况一:若当x取x0左侧邻近值时, 则函数
在x0点取极小值。
注:此判定方法也适用于导数在x0点不存在的情况。 用方法一求极值的一般步骤是: a):求
;
b):求 c):判断
的全部的解——驻点;
在驻点两侧的变化规律,即可判断出函数的极值。
例题:求 解答:先求导数 再求出驻点:当
极值点
时,x=-2、1、-4/5
判定函数的极值,如下图所示
方法二:
设函数在x0点具有二阶导数,且
<0,函数
>0,函数
时
在x0点取极大值;
在x0点取极小值;
.
则:a):当 b):当 c):当
=0,其情形不一定,可由方法一来判定.
例题:我们仍以例1为例,以比较这两种方法的区别。
解答:上面我们已求出了此函数的驻点,下面我们再来求它的二阶导数。
,故此时的情形不确定,我们可由方法一来判定; <0,故此点为极大值点;
>0,故此点为极小值点。
函数的最大值、最小值及其应用
在工农业生产、工程技术及科学实验中,常会遇到这样一类问题:在一定条件下,怎样使\产品最多\、\用料最省\、\成本最低\等。
这类问题在数学上可归结为求某一函数的最大值、最小值的问题。
怎样求函数的最大值、最小值呢?前面我们已经知道了,函数的极值是局部的。要求值、最小值时,可求出开区间(a,b)内全部的极值点,加上端点所求。
在[a,b]上的最大
的值,从中取得最大值、最小值即为
例题:求函数 解答:
在此区间处处可导,
,在区间[-3,3/2]的最大值、最小值。
先来求函数的极值,故x=±1,
再来比较端点与极值点的函数值,取出最大值与最小值即为所求。
因为,,,
故函数的最大值为,函数的最小值为。
例题:圆柱形罐头,高度H与半径R应怎样配,使同样容积下材料最省?
解答:由题意可知:为一常数,
面积
故在V不变的条件下,改变R使S取最小值。