📜  拐点

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:54:15.472000             🧑  作者: Mango

拐点

考虑下图中给出的两个函数,而这两个函数看起来很相似。它们的不同之处在于它们的弯曲,注意其中一个看起来向上打开,另一个看起来向下闭合。这种趋势称为凹度,第一个图形向上凹,第二个图形向下凹。寻找这些趋势有助于我们生成函数的曲线。

如果该函数的图形位于在区间的任何点上绘制的任何切线之上,则称该函数在区间上是凹的。类似地,如果函数的图形位于在区间的任何点上绘制的任何切线下方,则称该函数是向下凹的。直观地说,凹度与增长率有关。众所周知,导数为我们提供了变化率,这意味着它们告诉我们函数是增加还是减少。凹度与变化率的变化率有关,即必然与双导有关。

在上图中,第一个函数以递增速率增加,而第二个函数以递减速率递增。从第一个函数中的事实也可以看出,切线变得越来越陡峭,反之亦然,对于第二个函数。下图显示了类似的场景,但具有递减函数。

为了总结这些观察结果,下图显示了所有这些不同情况的综合比较。

为了形式化上述观察,

拐点

有时在函数轨迹中,函数从向上凹到向下凹,反之亦然。现在,当函数经历这样的变化时,会有一个特定的点作为边界。这意味着如果在此点之前函数是凹的,那么在此点之后函数将与此相反。这个点称为拐点。该图显示了这一点。

从几何上讲,此时绘制的切线既不在图形上方,也不在图形下方。切线在这一点与函数的图形相交。

请注意,当 f”(c) = 0 时,这意味着 x = c 基本上是 f'(x) = 0 的临界点。因此,在这种情况下,可能存在三种情况:

  1. 情况(i): f”(x)的符号在拐点处由正变为负。这意味着函数从向上凹变为向下凹。
  2. 情况(ii): f”(x)的符号在拐点处由负变为正。这意味着函数从向下凹变为向上凹。
  3. 情况(iii):符号不变,这意味着在整个函数中二阶导数已经为零。在这种情况下,拐点将不存在。

这三种情况表明,如果某个点的二阶导数为零,则该点不一定是拐点。

让我们看看这些概念的一些示例问题。

示例问题

问题1:找出给定函数在区间[0,1]之间的凹度。

f(x) = x 2 + 4

解决方案:

问题2:找出给定函数在区间[2,4]之间的凹度。

f(x) = x 3 + 4

解决方案:

问题 3:找出给定函数的拐点。

f(x) = x 3

解决方案:

问题 4:找出给定函数的拐点。

f(x) = x 3 + x 2 + 3

解决方案:

问题 5:找出给定函数的拐点。

f(x) = x 4 – 2x 2 + 3x

解决方案:

问题 6:找出区间 [0,1] 的给定函数的拐点。

f(x) = \frac{ x + 2}{x + 1}

解决方案: