題目
Problem
Find the extreme values of the function
f(x)=x3x2−3
on the interval [1,5]. (10%)
(2) 最大值為 見解答,最小值為 見解答.
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求連續函數 f(x) 在閉區間 [1,5] 上的絕對最大值與絕對最小值。
- 根據閉區間極值定理,極值只可能出現在區間端點(x=1 與 x=5)或區間內的臨界點(滿足 f′(x)=0 或導數不存在的點)。
- 第一步:簡化函數並求導:
- 將函數寫成單項冪之和形式,以便於求導:
f(x)=x3x2−x33=x−1−3x−3
- 微分得:
f′(x)=−x−2+9x−4=−x21+x49=x49−x2
- 第二步:尋找臨界點:
令 f′(x)=0⟹9−x2=0⟹x2=9⟹x=±3。
因為我們的定義域限制在 [1,5] 內,所以唯一合理的臨界點是 x=3。
- 第三步:比較各點函數值:
我們計算並比較三個候選點的函數值: f(1)、 f(3) 與 f(5)。
最大值即為絕對最大值,最小值即為絕對最小值。
答題過程
展開
首先,將函數簡化以方便求導:
f(x)=x3x2−3=x−1−3x−3
對 f(x) 求導:
f′(x)=−x−2−3(−3x−4)=−x−2+9x−4=x49−x2
我們尋找區間 (1,5) 內的臨界點,令 f′(x)=0:
x49−x2=0⟹9−x2=0⟹x=3(負值 x=−3 不在區間內)
因為在整個區間內分母 x4>0,所以 x=3 是區間內唯一的臨界點。
接下來,我們分別計算區間端點與臨界點的函數值:
- 左端點 x=1:
f(1)=1312−3=1−2=−2
- 臨界點 x=3:
f(3)=3332−3=279−3=276=92
- 右端點 x=5:
f(5)=5352−3=12525−3=12522
數值大小比較:
我們對這三個數值進行大小比較:
- −2<0 顯然為最小。
- 比較 92 與 12522:
因為 92=11252×125=1125250 且 12522=112522×9=1125198。
顯然 1125250>1125198⟹92>12522。
因此,最大值為 92(發生在 x=3 處),最小值為 −2(發生在 x=1 處)。
結論:
- 絕對最大值為 92。
- 絕對最小值為 −2。