函数的拐点 inflection points

函数拐点的定义就是函数凹凸性改变的点。如果函数在某一点左右凹凸性改变,那么这一点就是函数的拐点。我们知道,凹凸性的判定是通过函数的二阶导数实现的,所以拐点的判定也是通过函数的二阶导数来确定。

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跟确定函数的极值一样,如果函数的二阶导数 \(f”(x_0)=0\) 或者不存在,且函数的二阶导数 \(f”(x)\) 在 \(x_0\) 两边变号,则 \((x_0,f(x-0))\) 这一点为函数的拐点。

例1,设 \(f(x)=xe^{-x}\),求函数的凹凸区间和拐点。

解:\[f'(x)=e^{-x}-xe^{-x}=e^{-x}(1-x), f^{\prime\prime}(x)=-e^{-x}(1-x)-e^{-x}=e^{-x}(-2+x)\]

令 \(f^{\prime\prime}(x)=0\),得到 \(x=2\)。\(x<2\) 时,\(f^{\prime\prime}(x)<0\),函数是凸的; \(x>2\) 时,\(f^{\prime\prime}(x)>0\),函数是凹的。

因为在 \(x=2\) 两边,\(f^{\prime\prime}(x)\) 变号(两边符号不同),所以,点 \((2,f(2))=(2,2e^{-2})\) 是函数的拐点。

例2,设 \(f(x)=x+2\sin x\),求函数的拐点。

解:\[f'(x)=1+2\cos x, f^{\prime\prime}(x)=-2\sin x\]

令 \(f^{\prime\prime}(x)=0\),得到 \(x=n\pi, n=0,\pm 1,\pm 2,\cdots\)。当 \(2m\pi<x<(2m+1)\pi\)时, \(f^{\prime\prime}(x)<0\),\((2m+1)\pi<x<(2m+2)\pi\)时, \(f^{\prime\prime}(x)>0\),所以,在每一个 \(n\pi\) 两边,\(f^{\prime\prime}(x)\) 都变号,所以每一个点 \((n\pi,f(n\pi))=(n\pi,n\pi)\) 都是拐点。