求導法的應用(DSE M1):極大極小值及變率

求極大或極小值時,先解 f′(x) = 0,再用一階或二階導數判別每個點的性質;若求區間上的全局極值,還須比較端點的函數值。變率就是對時間的導數。

用 AI 逐步解求導法的應用題目
y = x e⁻ˣ 的切線在 x = 1 變成水平,例題 1 正是在這裡取得最大值 1/e。 自己試試 →

求導法的應用:重點

駐點f′(x) = 0
二階導數判別法f″ < 0:極大;f″ > 0:極小
[a, b] 上的全局極值比較 f(a)、f(b) 及各駐點的函數值
速度及加速度v = ds/dt, a = dv/dt

求導法的應用例題詳解

例題 1:區間上的全局極大值

求 f(x) = x e⁻ˣ 在 0 ≤ x ≤ 3 的最大值。

  1. f′(x) = (1 − x)e⁻ˣ
  2. f′(x) = 0 得 x = 1,而 f″(1) = −e⁻¹ < 0,所以是極大
  3. f(1) = 1/e ≈ 0.368
  4. 端點:f(0) = 0,f(3) = 3e⁻³ ≈ 0.149

答案: 最大值為 1/e,在 x = 1 取得。

例題 2:變率

某群落在 t 天後的數目為 N = 500e⁰·²ᵗ。求 t = 5 時數目的增長率。

  1. dN/dt = 500 × 0.2 × e⁰·²ᵗ = 100e⁰·²ᵗ
  2. 當 t = 5:dN/dt = 100e¹
  3. ≈ 271.8

答案: 每天約 272

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ 要檢查端點在閉區間上,最大或最小值可能出現在導數不為零的端點。完整的答案須把駐點的函數值與 f(a)、f(b) 作比較。
⚠️ 要說明是極大還是極小解 f′(x) = 0 只找出可能的點。須寫明 f″ 的正負號,或 f′ 的變號情況,才可取得結論的分數。

✏️ 自我測試:互動練習

溫習方法:點擊以下任何題目,即時在坐標網格載入並核對計算步驟。

(全局極值)求 f(x) = x³ − 6x² + 9x + 1 在 0 ≤ x ≤ 5 的最大值及最小值。
(速度及加速度)某質點的位移為 s = t³ − 6t² + 9t。求它靜止的時刻及當時的加速度。
(最優化)利潤為 P = 40x − x² − 100(千元)。求使利潤最大的產量 x。

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