求y=x+√(1-x)在區間「-1,1」上的最值的方法

2021-01-15 吉祿學閣

主要內容:

分別介紹用換元法、導數法和平方法計算y=x+√(1-x)在區間[-1,1]上最大最小值的思路和步驟。

用到的公式:

1.y=cx,則y'=c。其中c為不為0的常數。

2.y=√(a-bx),則y'=-b/2√(a-bx)。其中a,b為常數,b≠0。

3.二次函數的判別式公式。

方法一:代數換元法

設√(1-x)=t,則x=1-t^2,代入方程得:

y=1-t^2+t

=-(t^2-t+1^2/2^2)+(2^2+1^2)/4

=-(t-1/2)^2+(2^2+1^2)/4,

方程看成為t的二次函數,開口向下,可知:

當t=1/2時,此時x0=(2^2-1^2)/2^2,

y有最大值。即ymax=5/4。

最小值在定義域兩個端點中距離t對應的x最遠處取得,

即ymin=f(-1)=-1+√2。

方法二:三角換元法

當x∈[0,1]時,設x=sin^2t,

代入方程得:

y=sin^2t+cost

=(1-cos^2t)+cost

=-(cos^2t-cost)+1

=-(cost-1/2)^2+(2^2+1^2)/4,

此時當cost=1/2時,ymax=5/4。

考慮到x在[-1,0]上,函數y為增函數,則:

ymin=f(-1)=-1+√2。

方法三:平方法

∵y=x+√(1-x)

∴y-x=√(1-x),兩邊平方得到:

(y-x)^2=1-x

x^2-(2y-1)x+y^2-1=0,對x的方程有解,則:

判別式△=(2y-1)^2-4(y^2-1)≥0,

即:y≤(2^2+1^2)/4,

得ymax=5/4。

又y(-1)=-1+√2,y(1)=1,

即ymin=-1+√2。

方法四:導數法

∵y=x+√(1-x)

∴y'=1-1/2*√(1-x)

=[2√(1-x)-1]/2√(1-x)。

令y'=0,則:2√(1-x)-1=0.

解得:

x0=(2^2-1^2)/2^2。

分析導數y'在定義域上的符號如下:

(1)當x∈[-1,(2^2-1^2)/2^2]時,

y'≥0,為增函數;

(2)當x∈[(2^2-1^2)/2^2,1]時,

y'≤0,為減函數。

則當x=x0時,y有最大值,

即ymax=f(x0)=5/4。

又y(-1)=-1+√2,y(1)=1,

即ymin=-1+√2。

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