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通过前面的学习,我们知道由一阶导数的正负,可以判定出函数的单调区间与极值,但是还不能进一步研究曲线的性态,为此我们还要了解曲线的凹性。
定义:
对区间I的曲线http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif作切线,如果曲线弧在所有切线的下面,则称曲线在区间I下凹,如果曲线在切线的上面,称曲线在区间I上凹。
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曲线凹向的判定定理
定理一:设函数http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif在区间(a,b)上可导,它对应曲线是向上凹(或向下凹)的充分必要条件是:
导数http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht2.gif在区间(a,b)上是单调增(或单调减)。
定理二:设函数http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif在区间(a,b)上可导,并且具有一阶导数和二阶导数;那末:
若在(a,b)内,http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht3.gif>0,则http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif在[a,b]对应的曲线是下凹的;
若在(a,b)内,http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht3.gif<0,则http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif在[a,b]对应的曲线是上凹的;
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例题:判断函数http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht4.gif的凹向
解答:我们根据定理二来判定。
因为 ,所以在函数http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht4.gif的定义域(0,+∞)内,http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht6.gif<0,
故函数所对应的曲线时下凹的。
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拐点的定义
连续函数上,上凹弧与下凹弧的分界点称为此曲线上的拐点。
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拐定的判定方法
如果http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif在区间(a,b)内具有二阶导数,我们可按下列步骤来判定http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht1.gif的拐点。
(1):求http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht3.gif;
(2):令http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht3.gif=0,解出此方程在区间(a,b)内实根;
(3):对于(2)中解出的每一个实根x0,检查http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht3.gif在x0左、右两侧邻近的符号,若符号相反,则此点是拐点,若相同,则不是拐点。
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例题:求曲线http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht7.gif的拐点。
解答:由http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht8.gif,
令http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht6.gif=0,得x=0,2/3
判断http://www.aihuau.com/lzzgs/gs3/3.6.ht6.gif在0,2/3左、右两侧邻近的符号,可知此两点皆是曲线的拐点。
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