单调函数、二阶导数判别法
IB 数学 AI HL· 30 分钟阅读
1. 单调函数与一阶导数判别准则★★☆☆☆⏱ 15 min
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单调函数
如果一个函数在某个区间上整体单调不增或整体单调不减,则该函数在这个区间上是单调的。严格单调函数在整个区间上严格递增或严格递减。
例:
在全体实数上严格单调
要判断函数在区间上是递增还是递减,我们利用一阶导数的符号。判别规则为:若区间内所有都满足 ,则严格递增;若区间内所有都满足 ,则严格递减。若一阶导数符号不发生改变,单独的孤立点不影响单调性。
证明在上严格递增,在上严格递减。
- 1
计算的一阶导数:
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当时:和均为负数,因此它们的乘积为正,故。
- 4
当时:为负,为正,因此乘积为负,故。
- 5
当时:两个因子均为正,乘积为正,故。
- 6
根据一阶导数判别准则,原命题得证。
Exam tip:
一定要检验临界点两侧的符号来确认单调性,不要只依赖临界点处的导数值。
2. 驻点的二阶导数判别法★★★☆☆⏱ 20 min
✓ 计算器
二阶导数判别法
对于满足的驻点
对二阶可导函数,通过计算驻点处二阶导数的符号来对驻点进行分类的方法。
分类规则很简单:若,则该点是局部极大值点;若,则该点是局部极小值点。当二阶导数容易计算时,该方法比一阶导数判别法更快捷。
找出并分类的所有驻点。
- 1
首先计算,求解得到驻点:
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令,得到驻点在和处。
- 4
接下来计算二阶导数:
- 5
- 6
代入计算:。二阶导数为负说明是局部极大值点。计算坐标:,因此局部极大值点为。
- 7
代入计算:。二阶导数为正说明是局部极小值点。计算坐标:,因此局部极小值点为。
检验你对符号规则的理解:
若且,那么处的驻点如何分类?
局部极大值点
局部极小值点
拐点
无法确定
显示答案
局部极大值点 —回答正确!驻点处二阶导数为负说明函数是凹向下(向下弯曲),因此该点是局部极大值点。
Exam tip:
IB考试题目几乎总会要求给出驻点的完整坐标,找到后不要忘记计算值。
3. 局限性与无法确定的情况★★★★☆⏱ 15 min
🚫 计算器禁用
二阶导数判别法仅当二阶导数存在且在驻点处不为零时有效。若驻点处满足,则该判别法无法确定结果,你必须使用一阶导数判别法(检验该点周围的符号变化)来分类。
对和在处的驻点进行分类。
- 1
对于:,因此,说明是驻点。,因此,故二阶导数判别法无法确定结果。
- 2
检验两侧的符号:当时,;当时,。由负变正,因此是局部极小值点。
- 3
对于:,因此,是驻点。,因此,判别法无法确定结果。
- 4
检验两侧的符号:无论还是都有,符号没有改变,因此是驻点型拐点,不是极大值点也不是极小值点。
4. 常见陷阱
错误做法:
默认处的驻点一定是拐点
原因:
单独并不充分,还需要凹凸性发生改变(即符号改变)
正确做法:
当时,检验该点周围的符号来对驻点分类
错误做法:
分类驻点后忘记计算坐标
原因:
IB考试题目要求完整坐标才能得满分,大多数学生在这里丢掉了本应拿到的分数
正确做法:
找到坐标后,代回原函数计算得到坐标
错误做法:
混淆符号规则:误认为对应局部极大值点
原因:
混淆了凹凸方向:正的代表凹向上(向上弯曲)
正确做法:
记住:负号像皱眉(极大值点),正号像杯子(极小值点)
错误做法:
认为函数在孤立点处就不是单调函数
原因:
如果一阶导数符号不改变,孤立的零点不影响单调性
正确做法:
检验整个区间上的符号;如果符号保持非正或非负,函数就是单调的
5. 速查表
概念 | 条件 | 结论 |
|---|---|---|
严格递增 | 区间内 | 函数单调递增 |
严格递减 | 区间内 | 函数单调递减 |
局部极大值点(二阶判别法) | 是局部极大值点 | |
局部极小值点(二阶判别法) | 是局部极小值点 | |
二阶判别法无法确定 | 或无定义 | 使用一阶导数判别法分类 |
拐点 | 在处变号 | 处凹凸性改变 |
真题中的出现
AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。
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下一步
理解单调函数和二阶导数判别法是解决最优化问题的基础,最优化问题是IB数学AI HL考试中最常见的长答题类型之一。这些概念也是绘图的基础,在绘制函数曲线前你需要识别函数的所有关键特征(极大值点、极小值点、拐点)。掌握本子主题能帮助你在大多数微积分题目中拿到满分,而微积分在期末考试中占比很大。
