题目
12. (1.5分) 通过泰勒展开判断f(x)=e^-x的极值时,需考察到() A. 一次项系数 B. 二次项系数 C. 三次项系数 D. 所有项系数
12. (1.5分) 通过泰勒展开判断$f(x)=e^{-x}$的极值时,需考察到()
A. 一次项系数
B. 二次项系数
C. 三次项系数
D. 所有项系数
A. 一次项系数
B. 二次项系数
C. 三次项系数
D. 所有项系数
题目解答
答案
函数 $ f(x) = e^{-x} $ 的一阶导数为 $ f'(x) = -e^{-x} $,恒负,无零点,故无临界点。泰勒展开为:
\[ f(x) = 1 - x + \frac{x^2}{2!} - \frac{x^3}{3!} + \cdots \]
一次项系数为 $-1$,表示函数在 $ x = 0 $ 附近递减。二次项系数为 $\frac{1}{2}$,正数,表示函数在 $ x = 0 $ 附近有向上曲率,但因一次项非零,无极值。
因此,判断极值需考察二次项系数。
答案:$\boxed{B}$
解析
考查要点:本题主要考查利用泰勒展开分析函数极值的能力,需理解泰勒展开中各阶项系数对函数局部性质的影响。
解题核心思路:
- 极值存在的必要条件是导数为零,但若导数无零点,则函数无临界点,此时需通过泰勒展开分析函数在某点附近的局部行为。
- 泰勒展开的低阶项(如一次项、二次项)分别对应函数的单调性和凹凸性。二次项系数的符号可反映函数在展开点附近是否存在极值的可能。
破题关键点:
- 一阶项系数反映函数的单调性,若非零则函数在展开点附近单调。
- 二次项系数的符号若为正,可能表明函数在展开点附近有极小值,但需结合低阶项是否存在零点综合判断。
函数分析与泰勒展开
-
求导分析:
$f(x) = e^{-x}$ 的一阶导数为 $f'(x) = -e^{-x}$,恒为负数,说明函数在整个定义域内单调递减,无临界点(导数无零点)。 -
泰勒展开:
在 $x=0$ 处展开:
$f(x) = 1 - x + \frac{x^2}{2!} - \frac{x^3}{3!} + \cdots$- 一次项系数为 $-1$,表明函数在 $x=0$ 附近单调递减。
- 二次项系数为 $\frac{1}{2}$(正数),表明函数在 $x=0$ 附近有向上的曲率。
极值判断的关键
- 一次项非零:由于一次项系数不为零,函数整体单调递减,不存在极值点。
- 二次项系数的作用:虽然二次项系数为正,但因一次项的存在导致函数整体趋势不变,无法形成极值。
- 结论:判断极值需考察二次项系数,但最终因一次项影响,函数无极值。