函数极值点偏移问题的6大解法,太赞了

教育   2024-10-29 19:32   湖北  

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问题一:对称化构造

首先三张图教你直观认识极值点偏移:

图一:左右对称,无偏移,如二次函数;若f(x1)=f(x2),则x1+x2=2x0


图二:左陡右缓,极值点向左偏移;若f(x1)=f(x2),则x1+x2>2x0


图三:左缓右陡,极值点向右偏移;若f(x1)=f(x2),则x1+x2<2x0



实例分析

点评:该题的三问由易到难,层层递进,完整展现了处理极值点偏移问题的一般方法——对称化构造的全过程,直观展示如下:





拓展训练



通过以上两例,相信读者对极值点偏移问题以及对称化构造的一般步骤已有所了解,但极值点偏移问题的结论不一定总是x1+x2()2x0,也可能是x1x2>(<)x02, 借助前面的解题经验,我们就可以给出类似的过程。



    小结   


用对称化构造的方法解决极值点偏移问题大致分为以下三步:
第一步:

第二步:

第三步:



小试牛刀

  


1

问题二:函数的选取


实例分析





  点评  



备注:用函数y=x-lnx来做(3)(4)两问,过程如行云流水般,格外顺畅,这说明在极值点偏移问题中,若函数选取得当,可化简过程,减低难度。

注意点1:

注意点2:


思考:

极值点偏移问题一中的练习1应该用哪一个函数来做呢?


2

问题三:变更结论


实例分析

解法一: 换元法

解法二: 加强命题




小试牛刀


3

问题四:比值代换

能否将双变量的条件不等式化为单变量的函数不等式呢?
答案是肯定的,以笔者的学习经验为线索,我们先看一个例子

实例分析

证明:

从上面的证明式子中,我们不难发现:
那么同学们可以试想下:是否一开始就做这个代换呢?

这样一种比值代换在极值点偏移问题中也大有可为.
下面就用这种方法再解前面举过的例子.

再解例1:

再解例3:

再解练习1:

再解例4:

再解例5:

再解例7:

再解例8:

行文至此,相信读者已经领略到比值代换的威力.用比值代换解极值点偏移问题方便、快捷,简单得很.只需通过一个代换就可"双元"化"单元",变为单变量的函数不等式,可证.那是不是可以就此忘掉前面三讲的内容呢?只需比值代换,就可偏移无忧?
这里,笔者必须指出,前面再解的过程中有意地略去了一些例子(不知细心的你是否发现),这就补上,请读者明察.

试再解例2:

试再解例6:

试再解练习2:

这是比值代换的败笔,又是最精彩之处.没有任何一种方法是万能的,我们不仅要熟悉它的优势,熟练它的操作,还要清醒地认识到它的缺陷,运用时要注意哪些问题,这其实是为了更好的运用.

  点评  




最后,我们来看比值代换另一个应用.

小试牛刀


4

问题五:对数平均不等式

回顾:

对数平均不等式:

接下来给出对数平均不等式的多种证法:
证法1:对称化构造

证法2:比值代换

证法3:主元法

证法4:积分形式的柯西不等式

证法5:几何图示法

图1


图2


实例分析
再解例1:
再解例2:
再解例3:
再解练习1:

再解例4:同本节例1

再解例5:同本节例1

再解例7:
再解例8:
再解练习2:
解练习3选项D:


  点评  



极值点偏移问题,多与指数函数或对数函数有关,用对数平均不等式解题的关键有以下几步:
细心的读者不难发现,用对数平均不等式来解极值点偏移问题的方法也有一定局限性,也不是万能的(再解过程中漏掉了例6,读者可尝试),其中能否简洁地表示出对数平均数是关键中的关键.

最后再举一例.

证法1:

证法2:


5

问题六:泰勒展开

这一讲我们回到极值点偏移的直观图形上来,揭示极值点偏移问题的高等数学背景.以极小值点的偏移为例进行说明

图1

图2

以上只是直观(或者说非常粗略)的分析,下面拟用高等数学中的泰勒展开式进行严格证明,算作极值点偏移问题的另一种本质回归.

极大值点的情形,推导过程同上,但结果却恰好相反,不再详述.
至此,我们得到极值点偏移问题的如下判定定理:

注意:


实例分析

再解例1:

再解例2:
再解例4:
再解例6:
再解例8:

再解例10:

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