已知函数(x)=asin x+dfrac (1)(4)sin 4x,则常数(x)=asin x+dfrac (1)(4)sin 4x为何值时,函数在(x)=asin x+dfrac (1)(4)sin 4x处取得极值?判断其是极大值还是极小值,并求出极值。
已知函数
,则常数
为何值时,函数在
处取得极值?判断其是极大值还是极小值,并求出极值。
题目解答
答案
函数
,则导数为
,由题意得
,则
,又
,
,故是极大值,则极值为
。
解析
考查要点:本题主要考查利用导数求函数极值的方法,涉及一阶导数求极值必要条件和二阶导数判断极值类型的步骤。
解题核心思路:
- 极值必要条件:函数在极值点处的一阶导数为零,由此建立方程求解参数$a$。
- 极值类型判断:通过二阶导数的符号判断极值类型(极大或极小)。
- 极值计算:将极值点代入原函数计算极值大小。
破题关键点:
- 正确求导:注意复合函数求导法则,特别是$\sin 4x$的导数。
- 代入特殊角值:如$\cos \frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2}$,$\cos \pi = -1$等。
- 符号判断:二阶导数的符号直接决定极值类型。
步骤1:求一阶导数并代入极值点
函数$f(x) = a \sin x + \frac{1}{4} \sin 4x$,求导得:
$f'(x) = a \cos x + \cos 4x$
根据极值必要条件$f'\left(\frac{\pi}{4}\right) = 0$,代入$x = \frac{\pi}{4}$:
$a \cos \frac{\pi}{4} + \cos \pi = 0$
计算得:
$a \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} + (-1) = 0 \implies a = \sqrt{2}$
步骤2:求二阶导数判断极值类型
二阶导数为:
$f''(x) = -a \sin x - 4 \sin 4x$
代入$x = \frac{\pi}{4}$和$a = \sqrt{2}$:
$f''\left(\frac{\pi}{4}\right) = -\sqrt{2} \cdot \sin \frac{\pi}{4} - 4 \cdot \sin \pi = -\sqrt{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} - 0 = -1$
因$f''\left(\frac{\pi}{4}\right) < 0$,故$x = \frac{\pi}{4}$为极大值点。
步骤3:计算极值大小
将$x = \frac{\pi}{4}$代入原函数:
$f\left(\frac{\pi}{4}\right) = \sqrt{2} \cdot \sin \frac{\pi}{4} + \frac{1}{4} \cdot \sin \pi = \sqrt{2} \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} + 0 = 1$