題目
Problem
3. The absolute maximum value of the function f(x)=x6e−2x2 is (3).
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求連續函數 f(x)=x6e−2x2 在其定義域 (−∞,∞) 上的絕對最大值。
- 第一步:求一階導函數以尋找臨界點:
- 使用乘積求導法則與連鎖律:
f′(x)=6x5e−2x2+x6e−2x2(−4x)=2x5e−2x2(3−2x2)
- 令 f′(x)=0⟹x5(3−2x2)=0⟹x=0 或 x=±23。
- 第二步:分析臨界點函數值與邊界行為:
- 由於對所有實數 x, x6≥0 且 e−2x2>0,所以 f(x)≥0 恆成立。
- 當 x→±∞ 時, f(x)→0。
- 計算各臨界點的函數值:
- f(0)=0。
- f(±23)=(23)3e−2(3/2)=827e−3=8e327。
- 比較大小,絕對最大值必為 8e327。
答題過程
展開
我們首先對函數 f(x)=x6e−2x2 求一階導函數:
利用乘積法則與連鎖律:
f′(x)===6x5e−2x2+x6(e−2x2⋅(−4x))6x5e−2x2−4x7e−2x22x5e−2x2(3−2x2)
我們令 f′(x)=0 以尋找臨界點。由於指數項 e−2x2>0 恆成立:
2x5(3−2x2)=0⟹x=0或x=±23
我們探討函數在整個實數集上的斂散趨勢:
- 非負性:對於所有 x∈R,有 f(x)≥0。
- 無窮遠極限:
x→±∞limf(x)=x→±∞lime2x2x6=0
這表明函數在無窮遠處漸近趨近於 0。
接下來計算臨界點的函數值:
- 在 x=0 處:
f(0)=0
- 在 x=±23 處:
f(±23)=(±23)23e−2(±23)2=(23)3e−2(23)=827e−3=8e327
因為 f(±3/2)=8e327>0 且無窮遠極限為 0,故此值為絕對最大值。
結論:
(3) 處應填入 8e327。