可导函数极值点和拐点充要条件问题

2024年11月15日 00:46
有2个网友回答
网友(1):

不对。前者只是后者的必要条件,未必充分。

首先,条件只说f可导,没说f二阶可导。有可能f在x0取极大值,f'(x0)=0,但f''(x0)不存在。例如函数f(x)=(sgnx-2)*x^2在0点的情形。

其次,即便f二阶可导,如你所言,也有可能出现f在x0取极大值,而f'(x0)=f''(x0)=0的情形。例如函数f(x)=-x^4在x=0处。

当f'(x0)=f''(x0)=0时,假如f在x0处有更高阶的导数,有个标准的判别法(这个可能是LZ需要的):

以f_n(x0)记f在x0处的n阶导数,如果f'(x0)=f''(x0)=…=f_k(x0)=0, f_(k+1)(x0)≠0。则
(1) k为偶数时,x0不是极值点;
(2) k为奇数时,x0是极大值点当且仅当 f_(k+1)(x0)<0
注意,(2)中前提是f_(k+1)(x0)≠0。

至于证明,用带Peano余项的Taylor公式(展到(k+1)阶)即可。

上述判别法虽然在多数情形下都够用,但并不能解决所有情况!如果f'(x0)=f''(x0)=…=f_k(x0)=0但f_(k+1)(x0)不存在,此判别法自然失效。

另外,即使f在x0邻域内任意次可导,如果f在x0处的各阶导数都为0,情况也很囧……注意,实变函数中这种情形是有可能出现的,f在x0处的各阶导数都为0,并不意味着f在x0的一个邻域内为常数函数。经典的例子是f(x)=exp(-1/x^2), f(0)补充定义为0. 对于这样的函数,上面的判别法也失效。

综上,充分性是不对的。极值点在大多数情况下可用此点导数值判断,但遇到一些诡异的情况时导数并不奏效……此时只能考虑从定义入手讨论。例如,若能说明存在t>0,x0-t
至于拐点,一般可化为极值点讨论。事实上,如果f在x0邻域内可导,那么“x0为f的拐点”等价于“x0为f'的极值点”。所以与极值点类似,拐点也很难说有简单的充要条件,不过上述判别法仍然是一个很好的判据。

另外,拐点首先看的是二阶导数(讨论f'的驻点),跟f的驻点并无直接联系!

实际上不难证明(LZ有兴趣不妨试试,算是个不错的练习题):若f的一个可导点既是严格极值点也是拐点,那f在此点的一个邻域内只能是常数函数!如果去掉“严格”二字,结论变为:在此点的一个左邻域或右邻域内为常数函数。

网友(2):

我来简单回答你吧。 f'(x)=0的点,称为驻点; f''(x)=0的点称为拐点; f'决定曲线的走向(决定函数在某段的增减性), f''决定开口方向(或许叫凸凹性更合适,不过开口方向容易理解)。

比如,函数在某点f'(x0)=0,切f'(x)<0 , 当x0, 当x>x0;那么由图形可以判断出xo为极小值点(极大值点类似)

如果非要用二阶导数判断, 那么结论如下: 函数在某点f'(x0)=0, f''(x0)<0 (在x0点开口向下),所以该点是极大值点。

【f'(x0)=0且f''(x0)<0】 我假设你的x0不会出现在边界上(比如[a,b]区间的a就是一个边界,若出现在边界上,该点只存在左导数或者右倒数),并你已经假设你的函数可导,那么由此判断【f'(x0)=0且f''(x0)<0】 可以推出x0是极大值点

你可以参阅 数学分析,高等数学等

综上,对于可导函数,x0是极大值点的“充要条件”是【f'(x0)=0且f''(x0)<0】这个结论对