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Calculus · real student question

求函數 y = (1/3)x³ + x² − 8x + 1 的臨界值,並把較小的值寫在前面。

Question

求函數

y=13x3+x2−8x+1y=\frac{1}{3}x^{3}+x^{2}-8x+1

的臨界值。請先填較小的值。

Step-by-step solution

  1. 動手微分之前,先弄清楚臨界值是什麼。 臨界值就是使 y′=0y'=0 或 y′y' 不存在的那些 xx。這裡的 yy 是多項式,導數處處存在,所以第二種可能性直接排除——整道題就只是解 y′=0y'=0。x3x^{3} 前面那個 13\tfrac13 存在的用意,正是要讓導數的首項係數變成 11。

  2. 用冪次法則逐項微分。 每一項都是 xx 的某個次方乘上一個常數:

    y′=13⋅3x2+2x−8+0=x2+2x−8y'=\frac{1}{3}\cdot 3x^{2}+2x-8+0=x^{2}+2x-8

    常數項 +1+1 什麼都不貢獻,所有常數都是如此。

  3. 令導數等於零。 臨界值就是下列方程式的解

    x2+2x−8=0x^{2}+2x-8=0

  4. 用因式分解,不必動用公式解。 找兩個數,乘積是 −8-8、和是 +2+2;答案是 +4+4 與 −2-2:

    x2+2x−8=(x+4)(x−2)=0x^{2}+2x-8=(x+4)(x-2)=0

  5. 解出每個因式並排好順序。 讓每個因式各自為零,得到

    x+4=0 ⇒ x=−4,x−2=0 ⇒ x=2x+4=0\ \Rightarrow\ x=-4,\qquad x-2=0\ \Rightarrow\ x=2

    所以臨界值是 x=−4x=-4 與 x=2x=2,較小的是 x=−4x=-4。

  6. 把導數與這兩個根都驗算一次。 代回去:(−4)2+2(−4)−8=16−8−8=0(-4)^{2}+2(-4)-8=16-8-8=0,而 22+2(2)−8=4+4−8=02^{2}+2(2)-8=4+4-8=0,可見兩個都是真正的根。另外對原本的 yy 做中央差分求導數,在 x=0.5x=0.5 得到 −6.75-6.75、在 x=−1.2x=-1.2 得到 −8.96-8.96,都與 x2+2x−8x^{2}+2x-8 在那兩點的值吻合,可見導數本身也算對了。

Answer

x=−4與x=2(較小的值為 −4)x=-4 \quad\text{與}\quad x=2 \quad(\text{較小的值為 } -4)

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