西安交大高數(shù)31

1、第四節(jié)第四節(jié) 函數(shù)的單調(diào)性函數(shù)的單調(diào)性 與曲線的凹凸性與曲線的凹凸性 一、單調(diào)性的判別法一、單調(diào)性的判別法 二、曲線的凹凸性與拐點(diǎn)二、曲線的凹凸性與拐點(diǎn) 三、小結(jié)三、小結(jié)一、單調(diào)性的判別法一、單調(diào)性的判別法xyo)(xfy xyo)(xfy abab0)( xf0)( xf定理定理.,)(0)(),()2(,)(0)(),(1.),(,)(上單調(diào)減少上單調(diào)減少在在那末函數(shù)那末函數(shù)，內(nèi)內(nèi)如果在如果在上單調(diào)增加；上單調(diào)增加；在在，那末函數(shù)，那末函數(shù)內(nèi)內(nèi)如果在如果在）（導(dǎo)導(dǎo)內(nèi)可內(nèi)可上連續(xù)，在上連續(xù)，在在在設(shè)函數(shù)設(shè)函數(shù)baxfyxfbabaxfyxfbababaxfy abba證證),(,21baxx

2、 ,21xx 且且應(yīng)用拉氏定理應(yīng)用拉氏定理,得得)()()()(211212xxxxfxfxf , 012 xx, 0)(),( xfba內(nèi)，內(nèi)，若在若在, 0)( f則則).()(12xfxf .,)(上單調(diào)增加上單調(diào)增加在在baxfy , 0)(),( xfba內(nèi)，內(nèi)，若在若在, 0)( f則則).()(12xfxf .,)(上單調(diào)減少上單調(diào)減少在在baxfy 例例1 1解解.1的單調(diào)性的單調(diào)性討論函數(shù)討論函數(shù) xeyx. 1 xey,)0 ,(內(nèi)內(nèi)在在 , 0 y函數(shù)單調(diào)減少；函數(shù)單調(diào)減少；,), 0(內(nèi)內(nèi)在在, 0 y.函數(shù)單調(diào)增加函數(shù)單調(diào)增加注意注意: :函數(shù)的單調(diào)性是一個(gè)區(qū)間上的性

3、質(zhì)，要用函數(shù)的單調(diào)性是一個(gè)區(qū)間上的性質(zhì)，要用導(dǎo)數(shù)在這一區(qū)間上的符號(hào)來判定，而不能用一導(dǎo)數(shù)在這一區(qū)間上的符號(hào)來判定，而不能用一點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)符號(hào)來判別一個(gè)區(qū)間上的單調(diào)性點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)符號(hào)來判別一個(gè)區(qū)間上的單調(diào)性).,(:d又又問題問題: :如上例，函數(shù)在定義區(qū)間上不是單調(diào)的，如上例，函數(shù)在定義區(qū)間上不是單調(diào)的，但在各個(gè)部分區(qū)間上單調(diào)但在各個(gè)部分區(qū)間上單調(diào)定義定義: :若函數(shù)在其定義域的某個(gè)區(qū)間內(nèi)是單調(diào)若函數(shù)在其定義域的某個(gè)區(qū)間內(nèi)是單調(diào)的，則該區(qū)間稱為函數(shù)的的，則該區(qū)間稱為函數(shù)的單調(diào)區(qū)間單調(diào)區(qū)間.導(dǎo)數(shù)等于零的點(diǎn)和不可導(dǎo)點(diǎn)，可能是單調(diào)區(qū)間導(dǎo)數(shù)等于零的點(diǎn)和不可導(dǎo)點(diǎn)，可能是單調(diào)區(qū)間的分界點(diǎn)的分界點(diǎn)方法方法: :

4、.,)()(0)(數(shù)數(shù)的的符符號(hào)號(hào)然然后后判判斷斷區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)導(dǎo)導(dǎo)的的定定義義區(qū)區(qū)間間來來劃劃分分函函數(shù)數(shù)不不存存在在的的點(diǎn)點(diǎn)的的根根及及用用方方程程xfxfxf 單調(diào)區(qū)間求法單調(diào)區(qū)間求法例例2 2解解.31292)(23的單調(diào)區(qū)間的單調(diào)區(qū)間確定函數(shù)確定函數(shù) xxxxf).,(:d12186)(2 xxxf)2)(1(6 xx得得，解解方方程程0)( xf. 2, 121 xx時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)1 x, 0)( xf上上單單調(diào)調(diào)增增加加；在在1 ,( 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)21 x, 0)( xf上單調(diào)減少；上單調(diào)減少；在在2 , 1 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) x2, 0)( xf上單調(diào)增加；上單調(diào)增加；在在), 2單調(diào)

5、區(qū)間為單調(diào)區(qū)間為，1 ,(，2 , 1)., 2例例3 3解解.)(32的單調(diào)區(qū)間的單調(diào)區(qū)間確定函數(shù)確定函數(shù)xxf ).,(:d)0(,32)(3 xxxf.,0導(dǎo)數(shù)不存在導(dǎo)數(shù)不存在時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) x時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)0 x, 0)( xf上單調(diào)增加；上單調(diào)增加；在在), 0 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) x0, 0)( xf上單調(diào)減少；上單調(diào)減少；在在0 ,(單調(diào)區(qū)間為單調(diào)區(qū)間為，0 ,( )., 0 32xy 例例4 4證證.)1ln(,0成立成立試證試證時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)xxx ),1ln()(xxxf 設(shè)設(shè).1)(xxxf 則則, 0)(), 0(,), 0)( xfxf可導(dǎo)，可導(dǎo)，且且上連續(xù)上連續(xù)在在上單調(diào)增加；上單調(diào)增

6、加；在在), 0 , 0)0( f時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)0 x, 0)1ln( xx).1ln(xx 即即注意注意:區(qū)間內(nèi)個(gè)別點(diǎn)導(dǎo)數(shù)為零區(qū)間內(nèi)個(gè)別點(diǎn)導(dǎo)數(shù)為零,不影響區(qū)間的單調(diào)性不影響區(qū)間的單調(diào)性.例如例如,3xy , 00 xy.),(上單調(diào)增加上單調(diào)增加但在但在二、曲線的凹凸性與拐點(diǎn)二、曲線的凹凸性與拐點(diǎn)問題問題:如何研究曲線的彎曲方向如何研究曲線的彎曲方向?xyo1x2x)(xfy 圖形上任意弧段位圖形上任意弧段位于所張弦的上方于所張弦的上方xyo)(xfy 1x2x圖形上任意弧段位圖形上任意弧段位于所張弦的下方于所張弦的下方1 1、曲線凹凸性的定義、曲線凹凸性的定義定義定義的（或凸弧）的（或凸?。?/p>

7、上的圖形是（向上）凸上的圖形是（向上）凸在在那末稱那末稱如果恒有如果恒有的（或凹?。┑模ɑ虬蓟。┥系膱D形是（向上）凹上的圖形是（向上）凹在在那末稱那末稱恒有恒有點(diǎn)點(diǎn)上任意兩上任意兩如果對(duì)如果對(duì)上連續(xù)上連續(xù)在區(qū)間在區(qū)間設(shè)設(shè)ixfxfxfxxfixfxfxfxxfxxiixf)(,2)()()2(;)(,2)()()2(,)(2121212121 ;)(,)(,)(),(,)(的的或凸或凸內(nèi)的圖形是凹內(nèi)的圖形是凹在在那末稱那末稱的的或凸或凸內(nèi)的圖形是凹內(nèi)的圖形是凹且在且在內(nèi)連續(xù)內(nèi)連續(xù)在在如果如果baxfbabaxfxyo)(xfy xyo)(xfy abab遞增遞增)(xf abba0 y遞減遞減

8、)(xf 0 y定理定理1 1.,)(, 0)()2(;,)(, 0)()1(),(,),(,)(上的圖形是凸的上的圖形是凸的在在則則上的圖形是凹的上的圖形是凹的在在則則內(nèi)內(nèi)若在若在一階和二階導(dǎo)數(shù)一階和二階導(dǎo)數(shù)內(nèi)具有內(nèi)具有在在上連續(xù)上連續(xù)在在如果如果baxfxfbaxfxfbababaxf 2 2、曲線凹凸的判定、曲線凹凸的判定例例1 1.3的凹凸性的凹凸性判斷曲線判斷曲線xy 解解,32xy ,6xy 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)0 x, 0 y為凸的；為凸的；在在曲線曲線0 ,(時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)0 x, 0 y為凹的；為凹的；在在曲線曲線), 0 .)0 , 0(點(diǎn)點(diǎn)是曲線由凸變凹的分界是曲線由凸變凹的分界點(diǎn)

9、點(diǎn)注意到注意到,連續(xù)曲線上凹凸的分界點(diǎn)稱為連續(xù)曲線上凹凸的分界點(diǎn)稱為曲線的拐點(diǎn)曲線的拐點(diǎn).定理定理 2 2 如果如果)(xf在在),(00 xx內(nèi)存在二階導(dǎo)內(nèi)存在二階導(dǎo)數(shù)數(shù), ,則點(diǎn)則點(diǎn) )(,00 xfx是拐點(diǎn)的必要條件是是拐點(diǎn)的必要條件是0)(0 xf. .1 1、定義、定義注意注意:拐點(diǎn)處的切線必在拐點(diǎn)處穿過曲線拐點(diǎn)處的切線必在拐點(diǎn)處穿過曲線.2 2、拐點(diǎn)的求法、拐點(diǎn)的求法證證,)(二階可導(dǎo)二階可導(dǎo)xf,)(存在且連續(xù)存在且連續(xù)xf 三、曲線的拐點(diǎn)及其求法三、曲線的拐點(diǎn)及其求法, )()(0兩邊變號(hào)兩邊變號(hào)在在則則xxfxf ,)(,(00是拐點(diǎn)是拐點(diǎn)又又xfx,)(0取得極值取得極值在

10、在xxf ,條件條件由可導(dǎo)函數(shù)取得極值的由可導(dǎo)函數(shù)取得極值的. 0)( xf方法方法1:1:, 0)(,)(00 xfxxf且且的鄰域內(nèi)二階可導(dǎo)的鄰域內(nèi)二階可導(dǎo)在在設(shè)函數(shù)設(shè)函數(shù);)(,(,)()1(000即為拐點(diǎn)即為拐點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)變號(hào)變號(hào)兩近旁兩近旁xfxxfx .)(,(,)()2(000不是拐點(diǎn)不是拐點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)不變號(hào)不變號(hào)兩近旁兩近旁xfxxfx 例例2 2.14334凹、凸的區(qū)間凹、凸的區(qū)間的拐點(diǎn)及的拐點(diǎn)及求曲線求曲線 xxy解解),(: d,121223xxy ).32(36 xxy, 0 y令令.32, 021 xx得得x)0 ,( ),32()32, 0(032)(xf )(xf 00凹的凹

11、的凸的凸的凹的凹的拐點(diǎn)拐點(diǎn)拐點(diǎn)拐點(diǎn))1 , 0()2711,32().,32,32, 0,0 ,(凹凸區(qū)間為凹凸區(qū)間為方法方法2:2:.)()(,(,0)(, 0)(,)(00000的拐點(diǎn)的拐點(diǎn)線線是曲是曲那末那末而而且且的鄰域內(nèi)三階可導(dǎo)的鄰域內(nèi)三階可導(dǎo)在在設(shè)函數(shù)設(shè)函數(shù)xfyxfxxfxfxxf 例例3 3.)2 , 0(cossin的拐點(diǎn)的拐點(diǎn)內(nèi)內(nèi)求曲線求曲線 xxy解解,sincosxxy ,cossinxxy .sincosxxy , 0 y令令.47,4321 xx得得2)43( f, 0 2)47( f, 0 內(nèi)曲線有拐點(diǎn)為內(nèi)曲線有拐點(diǎn)為在在2 , 0 ).0 ,47(),0 ,43

12、( .)()(,(,)(000的拐點(diǎn)的拐點(diǎn)是連續(xù)曲線是連續(xù)曲線也可能也可能點(diǎn)點(diǎn)不存在不存在若若xfyxfxxf 注意注意: :例例4 4.3的拐點(diǎn)的拐點(diǎn)求曲線求曲線xy 解解,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) x,3132 xy,9435 xy.,0均不存在均不存在是不可導(dǎo)點(diǎn)是不可導(dǎo)點(diǎn)yyx , 0,)0 ,( y內(nèi)內(nèi)但在但在;0 ,(上是凹的上是凹的曲線在曲線在 , 0,), 0( y內(nèi)內(nèi)在在.), 0上是凸的上是凸的曲線在曲線在.)0 , 0(3的拐點(diǎn)的拐點(diǎn)是曲線是曲線點(diǎn)點(diǎn)xy 三、小結(jié)三、小結(jié)曲線的彎曲方向曲線的彎曲方向凹凸性凹凸性;改變彎曲方向的點(diǎn)改變彎曲方向的點(diǎn)拐點(diǎn)拐點(diǎn);凹凸性的判定凹凸性的判定.拐點(diǎn)的求

13、法拐點(diǎn)的求法1, 2.單調(diào)性的判別是拉格朗日中值定理的重要應(yīng)用單調(diào)性的判別是拉格朗日中值定理的重要應(yīng)用.思考題思考題設(shè)設(shè))(xf在在),(ba內(nèi)二階可導(dǎo)，且內(nèi)二階可導(dǎo)，且0)(0 xf，其中其中),(0bax ，則，則,(0 x)(0 xf是否一定為是否一定為曲線曲線)(xf的拐點(diǎn)？舉例說明的拐點(diǎn)？舉例說明.思考題解答思考題解答因?yàn)橐驗(yàn)?)(0 xf只是只是,(0 x)(0 xf為拐點(diǎn)為拐點(diǎn)的的必要條件必要條件，故故,(0 x)(0 xf不一定是拐點(diǎn)不一定是拐點(diǎn).例例4)(xxf ),( x0)0( f但但)0 , 0(并不是曲線并不是曲線)(xf的拐點(diǎn)的拐點(diǎn).一、一、 填空題：填空題：1 1

14、、 函數(shù)函數(shù)7186223 xxxy單調(diào)區(qū)間為單調(diào)區(qū)間為_ _. _.2 2、 函數(shù)函數(shù)212xxy 在區(qū)間在區(qū)間 -1,1-1,1上單調(diào)上單調(diào)_， 在在_上單調(diào)減上單調(diào)減. .3 3、函數(shù)、函數(shù)22ln xxy 的單調(diào)區(qū)間為的單調(diào)區(qū)間為_， 單減區(qū)間為單減區(qū)間為_._.二二、 確確定定下下列列函函數(shù)數(shù)的的單單調(diào)調(diào)區(qū)區(qū)間間：1 1、 xxxy6941023 ；2 2、 32)(2(xaaxy ( (0 a) )；3 3、 xxy2sin . .練練 習(xí)習(xí) 題題 1五、五、 試證明曲線試證明曲線112 xxy有三個(gè)拐點(diǎn)位于同一直線有三個(gè)拐點(diǎn)位于同一直線上上 . .六、六、 問問a及及b為何值時(shí)，

15、點(diǎn)為何值時(shí)，點(diǎn)(1,3)(1,3)為曲線為曲線23bxaxy 的拐點(diǎn)？的拐點(diǎn)？七、七、 試決定試決定22)3( xky中中k的值的值, ,使曲線的拐點(diǎn)處使曲線的拐點(diǎn)處的法線通過原點(diǎn)的法線通過原點(diǎn) . .一、一、1 1、), 3,1,( 單調(diào)增加單調(diào)增加, ,3 , 1 單調(diào)減少；單調(diào)減少；2 2、增加、增加, ,), 1 ,1,( 3 3、1,( , ,), 1 ；1 , 0(,1,(;1 , 0(),0 , 1 . .二、二、1 1、在、在), 1,21, 0(),0 ,(內(nèi)單調(diào)減少內(nèi)單調(diào)減少, , 在在1 ,21上單調(diào)增加；上單調(diào)增加； 2 2、在、在),32,( aa內(nèi)單調(diào)增加內(nèi)單調(diào)增加

16、, , 在在,32aa上單調(diào)減少；上單調(diào)減少；練習(xí)題練習(xí)題1答案答案 3 3、在、在32,2 kk上單調(diào)增加上單調(diào)增加, , 在在22,32 kk上單調(diào)減少上單調(diào)減少, ,), 2, 1, 0( k. . 四、四、(1)(1)ea1 時(shí)沒有實(shí)根；時(shí)沒有實(shí)根； (2)(2)ea10 時(shí)有兩個(gè)實(shí)根；時(shí)有兩個(gè)實(shí)根； (3)(3)ea1 時(shí)只有時(shí)只有ex 一個(gè)實(shí)根一個(gè)實(shí)根. . 一、一、 填空題：填空題：1 1、 若函數(shù)若函數(shù))(xfy 在在 （ba,） 可導(dǎo)， 則曲線） 可導(dǎo)， 則曲線)(xf在在( (ba,) )內(nèi)取凹的充要條件是內(nèi)取凹的充要條件是_._.2 2、 曲線上曲線上_的點(diǎn)，稱作曲線的拐

17、點(diǎn)的點(diǎn)，稱作曲線的拐點(diǎn) . .3 3、 曲線曲線)1ln(2xy 的拐點(diǎn)為的拐點(diǎn)為_._.4 4、 曲線曲線)1ln(xy 拐點(diǎn)為拐點(diǎn)為_._.二、二、 求曲線求曲線xeyarctan 的拐點(diǎn)及凹凸區(qū)間的拐點(diǎn)及凹凸區(qū)間 . .三、三、 利用函數(shù)圖形的凹凸性，證明不等式：利用函數(shù)圖形的凹凸性，證明不等式： 22yxyxeee )(yx . .四、求曲線四、求曲線 2sin2cot2ayax的拐點(diǎn)的拐點(diǎn) . .練練 習(xí)習(xí) 題題 2三、三、 證明下列不等式：證明下列不等式：1 1、 當(dāng)當(dāng)0 x時(shí)，時(shí)，221)1ln(1xxxx ；2 2、 當(dāng)當(dāng)4 x時(shí)，時(shí)，22xx ；3 3、 若若0 x，則，則361sinxxx . .四、四、 方程方程)0(ln aaxx有幾個(gè)實(shí)根有幾個(gè)實(shí)根. .五、五、 設(shè)設(shè))(xf在在 ba, 上連續(xù)，在上連續(xù)，在( (ba,) )內(nèi)內(nèi))(xf , ,試證試證 明：對(duì)于明：對(duì)于 ba, 上任意兩上任意兩1x，2x有有 2)()()2(2121xfxfxxf 提示：方法提示：方法（1 1） 0)( xf，)(xf 單增；方法單增；方法（2 2）0)( xf， 利用泰勒公式利用泰勒公式 一、一、1 1、),()(baxf在在 內(nèi)遞增或內(nèi)遞增或