导数证明 / 极值
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三基详解 · 导数证明

极值

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

f 在内点 x₀ 有局部极小值,是指存在 δ>0,使 |x−x₀|<δ 时 f(x)≥f(x₀);局部极大值反向定义。

局部邻域 → 必要条件 → 端点比较

二、基本定理

条件与结论

Fermat 定理:若 f 在内点可导且取得局部极值,则 f′(x₀)=0;这是必要条件而非充分条件。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 求出 f′=0 的驻点和 f′不存在的点。
  2. 用导数符号变化、二阶导数或定义判断。
  3. 闭区间最值还要比较端点值,不能只查驻点。

例题提示:f(x)=x³ 在 0 处 f′=0 但没有极值;驻点必须进一步判别。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到闭区间最值、多元极值、条件极值和参数极值。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:f(x)=x³ 在 0 处 f′=0 但没有极值;驻点必须进一步判别。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

极值:从定义到应用局部邻域必要条件端点比较
极值的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

基本求导

(xα)′=αxα−1
(ex)′=ex (ln x)′=1/x
(sin x)′=cos x (cos x)′=−sin x

条件:在定义域内求导。

场景:单调性、极值、切线和复合函数。

中值定理

Rolle:f(a)=f(b) ⇒ ∃ξ∈(a,b), f′(ξ)=0
Lagrange:f(b)−f(a)=f′(ξ)(b−a)

条件:闭区间连续、开区间可导;Rolle 还需端点值相等。

场景:存在性、估值、不等式证明。

Taylor 与估值

f(x)=Σk=0nf⁽ᵏ⁾(a)(x−a)ᵏ/k!+Rn

条件:区间内具有足够阶导数。

场景:证明不等式、控制误差和比较函数。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。