7.2 Stationary Points

教材内容

驻点与性质判定

定义

曲线 \(y=f(x)\) 上若 \(f'(x)=0\),则该点称为驻点(stationary point)。通过左右两侧梯度或二阶导可判定其为局部极大、局部极小或拐点。

极大:左正右负;极小:左负右正;拐点:同号或不变号(需再判)

stationary points annotated

术语

maximum 的复数是 maxima;minimum 的复数是 minima。

Example 2

a) 求曲线 \(y=x^{4}-32x\) 的驻点坐标;b) 比较两侧梯度判定性质

example 2 figure

:\(\frac{dy}{dx}=4x^{3}-32=4(x^{3}-8)=4(x-2)(x^{2}+2x+4)\)。

实根为 \(x=2\),代回得 \(y=2^{4}-32\cdot2=16-64=-48\),驻点 \((2,-48)\)。

在 \(x=2\) 左侧(取 \(x=1\))\(\frac{dy}{dx}=4(1)-32=-28<0\);右侧(取 \(x=3\))\(\frac{dy}{dx}=4(27)-32=76>0\),故为局部极小。

Example 3(二阶导判别)

a) 求 \(y=2x^{3}-15x^{2}+24x+6\) 的驻点;b) 用二阶导判定性质

:\(\frac{dy}{dx}=6x^{2}-30x+24=6(x-1)(x-4)\Rightarrow x=1,4\)。

\(x=1\):\(y=2-15+24+6=17\);\(x=4\):\(y=128-240+96+6=-10\)。

\(\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=12x-30\)。\(x=1\) 时二阶导为 \(-18<0\)(极大),\(x=4\) 时为 \(18>0\)(极小)。

Example 4(含图像与渐近线)

a) 已知 \(y=\tfrac{1}{x}+27x^{3}\) 在 \(x=\pm a\) 处有驻点,求 \(a\);b) 略图并标注性质

example 4 figure

:\(\frac{dy}{dx}=-x^{-2}+81x^{2}=0\Rightarrow 81x^{4}=1\Rightarrow x=\pm\tfrac{1}{3}\),故 \(a=\tfrac{1}{3}\)。

\(\frac{d^{2}y}{dx^{2}}=2x^{-3}+162x\)。在 \(x=-\tfrac{1}{3}\) 处为负(极大),在 \(x=\tfrac{1}{3}\) 处为正(极小)。直线 \(x=0\) 为渐近线。

方法要点与检查

要点

1) 先解 \(f'(x)=0\);2) 用二阶导或左右梯度判定;3) 代回求 \(y\);4) 可画草图检验。