从学生的一个极值问题引发的思考从学生的一个极值问题引发的思考

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问题设函数f(x)在 上可导,其导函数为f′(x),且函数g(x)=xf′(x)的图像如图所示,则下列结论中一定成立的是()

A.f(x)有两个极值点B.f(-2)为函数的极大值

C.f(x)有两个极小值D.f(-1)为f(x)的极小值

书中的解析:由题图知,当x∈(-∞,-2)时,g(x)>0,∴f′(x)<0,当x∈(-2,0)时,g(x)<0,∴f′(x)>0,当x∈(0,1)时,g(x)<0,∴f′(x)<0,当x∈(1,+∞)时,g(x)>0,∴f′(x)>0.∴f(x)在(-∞,-2),(0,1)上是减少的,在(-2,0),(1,+∞)上是增加的.故ABD错误,C正确。

反思:感觉书中的解析好像有道理,但问题是选项A为何不对?一时却较难解释清楚。

事实上,由g(x)=xf′(x),得g(0)=0×f′(0)=0,故本题图像显然不对。

那么,如何构造一个在 上可导且满足题意的函数f(x)呢?

因为函数g(x)的零点除了-2,1,还应该有0,于是我们不妨构造函数g(x)=x2(x+2)(x-1),其图像如下:

由g(x)=xf′(x),得xf′(x)=x2(x+2)(x-1),不妨取f′(x)=x(x+2)(x-1),取f(x)=14x4+13x3-x2,此时函数f(x)在 上可导且有三个极值点,故知选项A不正确。

注意:同学们平时做题的时候不应仅仅满足选对了答案,而应弄明白每一个选项对或错的原因,多体会出题老师的意图,思考题目考察了哪些知识点,渗透了哪些数学思想方法等等,若能长期这样坚持就一定会事半功倍,快速进步.

下面举几个典型易错的极值问题供同学们探究:

例1设函数f(x)在 上可导,其导函数为f′(x),且函数y=(1-x)f′(x)的图像如图所示,则下列结论中一定成立的是()

A.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(1)

B.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(1)

C.函数f(x)有极大值f(2)和极小值f(-2)

D.函数f(x)有极大值f(-2)和极小值f(2)

解析:由题图可知,当x<-2时,f′(x)>0;当-2<x<1时,f′(x)<0;当1<x<2时,f′(x)<0;当x>2时,f′(x)>0.由此可以得到函数f(x)在x=-2处取得极大值,在x=2处取得极小值,故选D。

反思:如何弄明白x=1处的情况呢?我们令g(x)=(1-x)f′(x),则g(1)=0×f′(1)=0,因为函数f(x)在 上可导,所以f′(1)存在,若f′(1)≠0,则x=1不是极值点;若f′(1)=0,由于x (-2,1) (1,2)时f′(x)<0,则x=1不是极值点,所以不管f′(1)是否为0,x=1都不会成为函数f(x)的极值点。

例2若函数y=f(x)存在n-1(n∈ )个极值点,则称y=f(x)为n折函数,例如f(x)=x2为2折函数.已知函数f(x)=(x+1)ex-x(x+2)2,则f(x)为()

A.2折函数B.3折函数

C.4折函数D.5折函数

解析:f′(x)=(x+2)ex-(x+2)(3x+2)=(x+2)·(ex-3x-2),令f′(x)=0,得x=-2或ex=3x+2。

令m(x)=ex,n(x)=3x+2,易知m(x)=ex与n(x)=3x+2有两个交点。又e-2≠3×(-2)+2=-4,即m(-2)≠n(-2)。所以函数y=f(x)有3个极值点,则f(x)为4折函数,故选C。

反思:在由f′(x)=0的根确定极值点的时候,要注意考虑有重根的情况,比如本题检验知m(-2)≠n(-2)就说明方程ex=3x+2的根不可能为-2,从而说明函数y=f(x)有3个极值点。

例3函数 极值点的个数为____.

解析:函数 的定义域为 , ( ),由 ,得 ,当 时, , 单调递增;当 时, , 单调递减;当 时, , 单调递增;又 ,从而 是函数 的极大值点, 是函数 的极小值点,故函数 有两个极值点。

反思:本题由于函数 在x=0处导数不存在,同学们容易错误判断只有一个极值点,事实上,导数f′(x)不存在的点也可能成为函数f(x)的极值点。

最后,同學们在使用各种参考书的时候,不一定要完全信书,大家可以提出自己的见解并多和同学、老师交流讨论,这样收获一定会更大的。

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