题目
曲线 y = 3x^4 - 4x^3 + 1 的凹凸区间是( )。A. 凹的区间 [0, (2)/(3)] 和 ((2)/(3), +infty),凸的区间 (-infty, 0]B. 凹的区间 (-infty, 0] 和 [(2)/(3), +infty),凸的区间 [0, (2)/(3)]C. 凹的区间 (-infty, 0],凸的区间 (0, +infty);D. 凹的区间 (0, +infty),凸的区间 (-infty, 0]
曲线 $y = 3x^4 - 4x^3 + 1$ 的凹凸区间是( )。
A. 凹的区间 $[0, \frac{2}{3}]$ 和 $(\frac{2}{3}, +\infty)$,凸的区间 $(-\infty, 0]$
B. 凹的区间 $(-\infty, 0]$ 和 $[\frac{2}{3}, +\infty)$,凸的区间 $[0, \frac{2}{3}]$
C. 凹的区间 $(-\infty, 0]$,凸的区间 $(0, +\infty)$;
D. 凹的区间 $(0, +\infty)$,凸的区间 $(-\infty, 0]$
题目解答
答案
B. 凹的区间 $(-\infty, 0]$ 和 $[\frac{2}{3}, +\infty)$,凸的区间 $[0, \frac{2}{3}]$
解析
本题考查利用函数的二阶导数来确定曲线的凹凸区间。解题的关键思路是先求出函数的二阶导数,再令二阶导数等于零,求出可能的拐点,最后根据二阶导数在不同区间的正负来判断曲线的凹凸性。
- 求函数$y = 3x^4 - 4x^3 + 1$的一阶导数$y'$:
根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,对$y = 3x^4 - 4x^3 + 1$求导可得:
$y^\prime=(3x^4 - 4x^3 + 1)^\prime=3\times4x^{4 - 1}-4\times3x^{3 - 1}+0=12x^3 - 12x^2$ - 求函数$y$的二阶导数$y''$:
对$y^\prime=12x^3 - 12x^2$再次求导,可得:
$y^{\prime\prime}=(12x^3 - 12x^2)^\prime=12\times3x^{3 - 1}-12\times2x^{2 - 1}=36x^2 - 24x$ - 求二阶导数$y''$的零点:
令$y^{\prime\prime}=0$,即$36x^2 - 24x = 0$,提取公因式$12x$可得:
$12x(3x - 2)=0$
则$12x = 0$或$3x - 2 = 0$,解得$x = 0$或$x = \frac{2}{3}$。 - 根据二阶导数的零点划分区间并判断凹凸性:
这两个零点将定义域$(-\infty, +\infty)$划分为三个区间$(-\infty, 0)$,$(0, \frac{2}{3})$,$(\frac{2}{3}, +\infty)$。- 当$x\in(-\infty, 0)$时,取$x = -1$,代入$y^{\prime\prime}=36x^2 - 24x$可得:
$y^{\prime\prime}=36\times(-1)^2 - 24\times(-1)=36 + 24 = 60>0$
所以在区间$(-\infty, 0)$上,曲线是凹的。 - 当$x\in(0, \frac{2}{3})$时,取$x = \frac{1}{3}$,代入$y^{\prime\prime}=36x^2 - 24x$可得:
$y^{\prime\prime}=36\times(\frac{1}{3})^2 - 24\times\frac{1}{3}=4 - 8 = -4<0$
所以在区间$(0, \frac{2}{3})$上,曲线是凸的。 - 当$x\in(\frac{2}{3}, +\infty)$时,取$x = 1$,代入$y^{\prime\prime}=36x^2 - 24x$可得:
$y^{\prime\prime}=36\times1^2 - 24\times1=36 - 24 = 12>0$
所以在区间$(\frac{2}{3}, +\infty)$上,曲线是凹的。
- 当$x\in(-\infty, 0)$时,取$x = -1$,代入$y^{\prime\prime}=36x^2 - 24x$可得:
- 确定凹凸区间:
因为函数在$x = 0$和$x = \frac{2}{3}$处二阶导数为$0$,且在这两点两侧凹凸性发生改变,所以曲线的凹区间为$(-\infty, 0]$和$[\frac{2}{3}, +\infty)$,凸区间为$[0, \frac{2}{3}]$。