求導法的應用(DSE M2):切線、極大極小值及曲線描繪

令 f′(x) = 0 求駐點,然後判別其性質:f″ > 0 為極小,f″ < 0 為極大;若 f″ = 0,則須檢查 f′ 在兩側的正負號。描繪曲線時,還須求截距、拐點(f″ 變號之處),以及垂直、水平及斜漸近線。

用 AI 逐步解求導法的應用題目
例題 1 的 y = (x² + 3)/(x − 1),連同漸近線 x = 1、y = x + 1,極大點 (−1, −2) 及極小點 (3, 6)。 自己試試 →

求導法的應用:重點

在 x = x₀ 的切線y − f(x₀) = f′(x₀)(x − x₀)
駐點f′(x) = 0
二階導數判別法f″ > 0:極小;f″ < 0:極大;f″ = 0:不能判定
拐點f″ 變號(凹向改變)
垂直漸近線分母為 0 而分子不為 0 之處 x = a
斜漸近線長除法:f(x) = mx + c + 餘式/除式,得 y = mx + c
變率dV/dt = (dV/dr)(dr/dt)

求導法的應用例題詳解

例題 1:描繪有斜漸近線的有理函數

設 y = (x² + 3) / (x − 1)。求曲線的漸近線及極大、極小點。

  1. 長除法:y = x + 1 + 4/(x − 1),所以漸近線是 x = 1 及 y = x + 1
  2. dy/dx = 1 − 4/(x − 1)²
  3. dy/dx = 0 得 (x − 1)² = 4,所以 x = 3 或 x = −1
  4. d²y/dx² = 8/(x − 1)³:在 x = 3 為正(極小),在 x = −1 為負(極大)
  5. y(3) = 6, y(−1) = −2

答案: 漸近線 x = 1、y = x + 1;極小點 (3, 6),極大點 (−1, −2)

例題 2:變率問題

以 100 cm³/s 的速率把空氣泵入球形氣球。求當半徑為 5 cm 時,半徑的增加率。

  1. V = (4/3)πr³, dV/dr = 4πr²
  2. dV/dt = 4πr² · dr/dt
  3. 100 = 4π(5)² · dr/dt
  4. dr/dt = 100 / (100π) = 1/π

答案: 1/π cm/s(≈ 0.318 cm/s)

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ 極大值可以小於極小值在例題 1 中,極大值是 −2,極小值是 6。有垂直漸近線的曲線分成兩支,所以「極大」和「極小」只是局部的,並非全局的。
⚠️ f″ = 0 不一定是拐點必須證明 f″ 變號。對 y = x⁴,f″(0) = 0,但曲線在兩側都是向上凹,所以 (0, 0) 是極小點而非拐點。

✏️ 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。

(曲線描繪)描繪 y = x³ − 3x² + 4,標示轉向點及拐點。
(由外點引切線)求通過 (1, −2) 並與 y = x² + 1 相切的切線方程。
(最優化)一個密封圓柱的體積為 250π cm³。求使其表面面積最小的半徑。

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