题目
求函数(x)=3(x)^4-4(x)^3-6(x)^2+10-|||-__ __的凹凸区间和拐点。
求函数
的凹凸区间和拐点。
题目解答
答案
函数
求一阶导数可得
,再求二阶导数可得
令
,即
,解得
。故当
时,
,函数为凹区间;当
时,
,函数为凸区间;当
时,
,函数为凹区间。故拐点为
。
解析
考查要点:本题主要考查函数的凹凸区间和拐点的求解方法,需要掌握二阶导数的计算及符号变化分析。
解题思路:
- 求二阶导数:先对函数求一阶导数,再对一阶导数求导得到二阶导数。
- 求二阶导数的零点:解方程$f''(x)=0$,确定可能的拐点位置。
- 划分区间并判断凹凸性:根据二阶导数的零点将定义域分段,在各区间内判断二阶导数的符号,确定凹凸区间。
- 验证拐点:检查二阶导数在零点处是否变号,若变号则对应点为拐点。
关键点:
- 二阶导数的符号决定凹凸性:$f''(x) > 0$时函数凹,$f''(x) < 0$时函数凸。
- 拐点的判定:二阶导数变号的点才是拐点。
1. 求二阶导数
原函数为$f(x)=3x^4-4x^3-6x^2+10$:
- 一阶导数:
$f'(x) = 12x^3 - 12x^2 - 12x$ - 二阶导数:
$f''(x) = 36x^2 - 24x - 12$
2. 解方程$f''(x)=0$
解方程$36x^2 - 24x - 12 = 0$:
- 化简方程:
$3x^2 - 2x - 1 = 0$ - 求根公式:
$x = \frac{2 \pm \sqrt{4 + 12}}{6} = \frac{2 \pm 4}{6}$ - 解得:
$x_1 = -\frac{1}{3}, \quad x_2 = 1$
3. 判断凹凸区间
将实数轴分为三个区间:
- 当$x < -\frac{1}{3}$时,取测试点$x = -1$:
$f''(-1) = 36(-1)^2 - 24(-1) - 12 = 48 > 0$
函数为凹区间。 - 当$-\frac{1}{3} < x < 1$时,取测试点$x = 0$:
$f''(0) = 36(0)^2 - 24(0) - 12 = -12 < 0$
函数为凸区间。 - 当$x > 1$时,取测试点$x = 2$:
$f''(2) = 36(2)^2 - 24(2) - 12 = 84 > 0$
函数为凹区间。
4. 确定拐点
- $x = -\frac{1}{3}$处:
计算$f\left(-\frac{1}{3}\right)$:
$f\left(-\frac{1}{3}\right) = 3\left(-\frac{1}{3}\right)^4 - 4\left(-\frac{1}{3}\right)^3 - 6\left(-\frac{1}{3}\right)^2 + 10 = \frac{257}{27}$
拐点为$\left(-\frac{1}{3}, \frac{257}{27}\right)$。 - $x = 1$处:
计算$f(1)$:
$f(1) = 3(1)^4 - 4(1)^3 - 6(1)^2 + 10 = 3$
拐点为$(1, 3)$。