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高级数学 · 主题

驻点与最优化

导数你算得很顺,可是一碰到“求最大面积”或“最低成本”就卡住了。

本页内容
  1. 学这个单元前需要会什么?
  2. 一道导引例题
  3. 应该按什么顺序学习?
  4. 哪些陷阱最容易让学生失分?
  5. 如何使用练习?

驻点(stationary point)是曲线上梯度为零的点,曲线在该处瞬间是水平的。最优化利用这个想法,去求现实中某个量的最大值或最小值:面积、体积、成本或高度。

具体内容和符号,请以 Cambridge 官网最新的 Additional Mathematics 0606 课程大纲为准,并核对你考试年份的要求。我们的附加数学学习指南列出了本单元在整体中的位置。

学这个单元前需要会什么?

你需要会对多项式和带负指数的式子求导,这部分在求导技巧中讲过。你还需要会解一元二次方程,以及把简单公式变形,让某个字母成为主项。

切线、法线与变化率是很自然的下一步,因为两个单元用的是同一个导数。

一道导引例题

农夫有 60 m 的围栏,要围成长方形羊圈的三条边,第四条边是一堵很长的墙。什么尺寸能得到最大面积?

**第 1 步,设变量:**靠墙的两条边各为 x m,与墙平行的边为 y m。

**第 2 步,用约束条件(constraint):**围栏给出 2x + y = 60,所以 y = 60 − 2x。

**第 3 步,建立目标函数(objective function):**A = xy = x(60 − 2x) = 60x − 2x²。

**第 4 步,求导并令其为零:**dA/dx = 60 − 4x = 0,所以 x = 15,y = 60 − 30 = 30。

**第 5 步,验证并作答:**d²A/dx² = −4,为负,所以是最大值。A = 15 × 30 = 450 m²。

微积分只用了两行。真正花功夫的是第 1 到第 3 步,大部分分数也在这里得失。

应该按什么顺序学习?

  1. 由导数求驻点:解 dy/dx = 0 并求出两个坐标。
  2. 用合适的方法判断驻点类型:区分最大值、最小值和拐点(inflection)。
  3. 由约束条件建立目标函数:求导前先把应用题化成单变量。
  4. 除了驻点值,也要检查端点:处理限定定义域的题目。
  5. 结合单位和定义域解释最优值:用情境写出答案,并排除不合理的值。

学完五课,再做综合练习。每天一课,周末做练习,节奏比较稳。

哪些陷阱最容易让学生失分?

  • 令 y = 0 而不是 dy/dx = 0,这样求出的是曲线与坐标轴的交点,而不是转折点。
  • 只写 x 的值,而题目要的是点的坐标或最大值。
  • 只要二阶导数为零就宣布是拐点,没有检查符号是否改变。
  • 对两个变量同时求导,因为没有用约束条件消去其中一个。
  • 忽略定义域,把落在允许范围之外的驻点值当成答案。

每一课都会完整展示其中一种错误,然后加以纠正。

如何使用练习?

先在纸上做每一题再看答案,并把约束条件和目标函数各写成单独一行。免计算器演算训练器有助于保持精确运算,二次函数结构探索器可以帮你看清二次函数的转折点。错题记录与重测队列适合用来记下出错的步骤。

做错时,看练习末尾的对照说明,回到所指的那一课。把那一课学好,过几天再做一道新题。如果总是卡在设变量、列约束条件这一步,可以考虑附加数学补习,由老师一对一陪你把题目设好。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Additional Mathematics 0606 课程大纲页面

更新于:

下一步

如果你觉得最优化像和求导无关,一对一的老师可以看你从哪里下笔,教你先把题目设好,微积分就轻松了。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

家长:在这里咨询

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