问题

该函数的最小值是多少?应该怎么解?思路是什么?

回答
好的,咱们来聊聊这个函数,看看它的最小值在哪里,以及怎么把它找出来。别担心,我会尽量说得清清楚楚,让你能明白这背后的逻辑。

我们要找的函数是: (假设函数是 f(x) = x² 4x + 5,如果你有别的函数,请告诉我,我来帮你分析)

这个函数的最小值是多少?

在我看来,这个函数的最小值是 1。

为什么是1?咱们一步一步来分析:

核心思路是什么?

要找函数的最小值,我们可以从几个角度去想:

1. 函数的形态 (图形): 如果我们能把这个函数画出来,看看它的样子,就能直观地发现最低点在哪里。
2. 代数方法 (数学公式): 利用一些数学技巧,不需要画图也能算出最小值。这通常涉及到导数或者配方法。

详细的解题步骤和思路解析:

咱们就以 f(x) = x² 4x + 5 这个函数为例,用两种方法来讲解:



方法一:利用配方法(代数方法)

思路: 配方法的核心思想是把一个二次三项式,通过一系列变形,变成一个“完全平方项”加上一个常数。为什么这么做呢?因为任何一个数的平方(无论是正数还是负数)都不会小于零,也就是 ≥ 0。所以,一个完全平方项,它的最小值就是0。当完全平方项取到最小值0的时候,整个函数就会取到它的最小值。

步骤:

1. 提取二次项系数: 咱们的函数是 f(x) = x² 4x + 5。注意到 x² 前面的系数是1,这很方便。如果不是1,我们就要先把这个系数提出来。

2. 关注前两项,构造完全平方: 我们只看前面这两项:x² 4x。
一个完全平方公式是 (a b)² = a² 2ab + b²。
我们要把 x² 4x 变成某个 (x a)² 的样子。
对比一下,x² 对应着 a²,所以 a 就是 x。
4x 对应着 2ab,也就是 2xb。既然 a 是 x,那 2xb 就等于 2xb。
所以,4x = 2xb,可以得出 b = 2。
那么,我们想要的完全平方就是 (x 2)²。

3. 展开完全平方,看需要什么: (x 2)² = x² 2 x 2 + 2² = x² 4x + 4。

4. 回到原函数,进行变形: 我们的原函数是 f(x) = x² 4x + 5。
我们发现 x² 4x 恰好是我们上面构造 (x 2)² 所需要的 x² 4x。
我们知道 x² 4x + 4 就是 (x 2)²。
所以,我们可以把原函数写成:
f(x) = (x² 4x + 4) + 1
f(x) = (x 2)² + 1

5. 分析变形后的函数: 现在函数变成了 f(x) = (x 2)² + 1。
我们知道,任何实数的平方,也就是 (x 2)²,它的值永远是大于或等于零的,即 (x 2)² ≥ 0。
那么,当 (x 2)² 取到最小值 0 的时候,整个函数 f(x) 就会取得最小值。
(x 2)² 什么时候等于 0 呢?当 x 2 = 0 的时候,也就是 x = 2 的时候。
当 x = 2 时,f(x) = (2 2)² + 1 = 0² + 1 = 0 + 1 = 1。

结论(配方法):
所以,这个函数的最小值是 1,它在 x = 2 时取得。



方法二:利用导数(更通用的代数方法)

思路: 导数在微积分里有一个非常重要的作用,就是描述函数的变化率。当一个函数达到最小值或者最大值的时候(也就是所谓的“极值点”),它的变化率通常是零,也就是说,它的导数在那里等于零。对于一个开口向上的抛物线(就像咱们这个函数),导数为零的点就是最小值点。

步骤:

1. 求函数的导数:
我们的函数是 f(x) = x² 4x + 5。
求导数,我们需要知道基本的求导法则:
xⁿ 的导数是 nxⁿ⁻¹
常数 c 的导数是 0
(u + v) 的导数是 u' + v'
(cu)' 的导数是 cu'
所以,对 f(x) = x² 4x + 5 求导:
(x²)' = 2x¹ = 2x
(4x)' = 4 (x)' = 4 1 = 4
(5)' = 0
因此,f'(x) = 2x 4 + 0 = 2x 4。

2. 令导数等于零,求解极值点:
将导数设为零,找出可能取到最小值或最大值的 x 值:
f'(x) = 0
2x 4 = 0
2x = 4
x = 2

3. 判断极值点的性质(最小值还是最大值):
对于一个二次函数 f(x) = ax² + bx + c,如果 a > 0,它的图像是一个开口向上的抛物线,那么导数为零的点就是最小值点。如果 a < 0,图像是开口向下的抛物线,导数为零的点就是最大值点。
在我们的函数 f(x) = x² 4x + 5 中,二次项系数 a = 1,大于 0。所以,x = 2 这个点就是最小值点。
另一种判断方法(二阶导数): 我们还可以求二阶导数。二阶导数是导数的导数。
f'(x) = 2x 4
f''(x) = (2x 4)' = 2。
如果 f''(x) > 0,那么这个点是最小值点。如果 f''(x) < 0,那么这个点是最大值点。咱们这儿 f''(x) = 2 > 0,所以 x = 2 是最小值点。

4. 计算最小值: 将 x = 2 代回原函数 f(x):
f(2) = (2)² 4(2) + 5
f(2) = 4 8 + 5
f(2) = 4 + 5
f(2) = 1

结论(导数法):
所以,这个函数的最小值是 1,它在 x = 2 时取得。



方法三:从函数图像理解(几何方法)

思路: 这个函数 f(x) = x² 4x + 5 是一个二次函数,它的图像是一条抛物线。
由于 x² 前面的系数是正数 (1 > 0),所以抛物线开口是向上的。
一个开口向上的抛物线的顶点,就是它的最低点。
二次函数 y = ax² + bx + c 的顶点坐标公式是:
横坐标: x = b / 2a
纵坐标: y = f(b / 2a) (也就是把横坐标代回原函数算出 y 值)

步骤:

1. 确定 a, b, c:
函数是 f(x) = x² 4x + 5。
所以,a = 1,b = 4,c = 5。

2. 计算顶点的横坐标:
x = b / 2a
x = (4) / (2 1)
x = 4 / 2
x = 2

3. 计算顶点的纵坐标(即最小值):
将 x = 2 代入原函数 f(x):
f(2) = (2)² 4(2) + 5
f(2) = 4 8 + 5
f(2) = 1
y = 1

结论(图像法):
抛物线的顶点是 (2, 1)。因为抛物线开口向上,所以最低点就是顶点,最小值是 1,发生在 x = 2 的时候。



总结一下,这个函数 f(x) = x² 4x + 5 的最小值是 1,它发生在 x = 2 的时候。

无论用哪种方法,我们都得到了相同的结果。配方法和导数法是处理这类问题的数学工具,而从图像上理解则能帮助我们建立更直观的认识。希望我讲得够清楚了!如果你有其他函数,或者对哪个步骤还有疑问,随时告诉我!

网友意见

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都让开都让开,我来秀!(什么鬼

,由Aczel(阿克塞尔)不等式可得

故 ,等号成立当且仅当 ,即 。

代入得 。

(Aczel不等式是说对于正实数 ,若有 ,则 等号成立当且仅当对应变量的比相等)

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