〇 前言
此文章是在武忠祥老师的高等数学的基础上做此文章,目的是为了更好留下印象以及给不懂的地方及时解释。
一 函数单调性的判别方法
定理1 设函数 f(x) 在区间 [a,b] 上连续,在 (a,b) 内可导,则
(1)如果在 (a,b) 内 f'(x)≥0,且等号只在有限个点上成立,则 f(x) 在 [a,b] 上单调增加;

(2)如果在 (a,b) 内 f'(x)≤0,且等号只在有限个点上成立,则 f(x) 在 [a,b] 上单调减少;

【证】f(x2)>f(x1) f(x2)-f(x1)>0
f(x2)-f(x1) = f'(ξ)(x2-x1) > 0
例1 确定 f(x) = ex-x-1 的增减区间
解:f'(x) = ex – 1 = 0 => x = 0
(-∞,0),f'(x) < 0 => f(x) ⬇
(0,+∞),f'(x) > 0 => f(x) ⬆
例2 试证 x>0 时,

解:sinx<x => x-sinx > 0
令 f(x) = x-sinx,f(0) = 0
f'(x) = 1-cosx ≥ 0 可以推出:在[0,a]这个区间内,x的个数为有限个,因此 f(x) 在 (0,+∞)上是单调增的,最后得出 f(x)>0
令 g(x) = sinx – x +x³/6,g(0) = 0
g'(x) = cosx – 1 + x²/2 > 0
g”(x) = x – sinx > 0 => g'(x) ⬆,g'(0) = 0 => g'(x) > 0 => g(x) > 0
解析:这里二次导后g”(0) > 0,可以推出 g'(x) > 0,但又因为g'(0) = 0,因此可以推出 g(x) > 0 。
二 曲线的凹凸性与拐点
定义 设函数 f(x) 在区间 I 上连续,如果对 I 上任意两点 x1,x2 恒有

则称 f(x) 在 I 上 的图形是凹的;

如果恒有

则称 f(x) 在 I 上的图形是凸的

定理2 设函数 f(x) 在区间 [a,b] 上连续,在 (a,b) 内二阶可导
(1)若在 (a,b) 内 f”(x) > 0,则 f(x) 在 [a,b] 上的图形是凹的;
证:

(2)若在 (a,b) 内 f”(x) < 0,则 f(x) 在 [a,b] 上的图形是凸的
例3 判定曲线 y = x³ 的凹凸性
解:y’ = 3x²,y” = 6x
(-∞,0),y”<0,凸
(0,+∞),y”>0,凹
例4 求下列曲线的凹、凸区间及拐点
1)f(x) = x4-6x³+12x²+x+1;
解:

2)g(x) = e-x²
解:

三 内容小结
1.可导函数单调性判别
f'(x) > 0,x ∈ I => f(x) 在 I 上单调递增
f'(x) < 0,x ∈ I => f(x) 在 I 上单调递减
2.曲线凹凸与拐点的判别
f”(x) > 0,x ∈ I => 曲线 y = f(x) 在 I 上向上凹
f”(x) < 0,x ∈ I => 曲线 y = f(x) 在 I 上向上凸
拐点 —— 连续曲线上的凹凸分界点


