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111 政治大學微積分(財政)第 8 題

考題 / 轉學考微積分 / 政大 / 微積分(財政)

111學年度 · 111微積分(財政) · 第 8 題

題目

Problem

2. Let f(x)=2lnxx2f(x) = 2\ln x - x^2, (a) find the critical numbers of ff, if any, (b) find the open intervals on which the function is increasing or decreasing, (c) apply the First Derivative Test to identify all relative extrema.

解答

解法一

思路

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  1. f(x)=2lnxx2f(x) = 2\ln x - x^2 的定義域是 x>0x > 0(對數必須有正數引數)。
  2. 求一階導數 f(x)f'(x),令 f(x)=0f'(x) = 0 找臨界點,再檢查 ff' 在定義域內是否有不存在的地方(x=0x = 0 不在定義域內,不計)。
  3. ff' 的符號判斷遞增遞減區間,再用一階導數測試確定極值的類型。

答題過程

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求一階導數。

f(x)=2x2x=22x2x=2(x21)x=2(x1)(x+1)xf'(x) = \frac{2}{x} - 2x = \frac{2 - 2x^2}{x} = \frac{-2(x^2-1)}{x} = \frac{-2(x-1)(x+1)}{x}

(a)臨界點。

f(x)=0f'(x) = 0 的條件是 x=1x = 1x=1x = -1,但 x=1x = -1 不在定義域 x>0x > 0 內。故臨界點為 x=1x = 1

ff' 在定義域內處處存在,沒有「導數不存在的點」。)


(b)遞增遞減區間。

x>0x > 0 內,分母 x>0x > 0,所以 f(x)f'(x) 的符號由分子 2(x1)(x+1)-2(x-1)(x+1) 決定:

  • 0<x<10 < x < 1(x1)<0(x-1) < 0(x+1)>0(x+1) > 0,分子 =2()(+)>0= -2(-)( +) > 0f(x)>0f'(x) > 0,函數遞增
  • x>1x > 1(x1)>0(x-1) > 0(x+1)>0(x+1) > 0,分子 <0< 0f(x)<0f'(x) < 0,函數遞減

遞增區間:(0,1)(0, 1);遞減區間:(1,+)(1, +\infty)


(c)極值判斷(一階導數測試)。

x=1x = 1 處,ff' 由正(x<1x < 1)變負(x>1x > 1),故 x=1x = 1相對極大值點

f(1)=2ln112=01=1f(1) = 2\ln 1 - 1^2 = 0 - 1 = -1

相對極大值為 f(1)=1f(1) = -1,無相對極小值。