1、曲线的凹凸性与拐点
定义1 设函数在区间内连续,如果对上任意两点,恒有
,
则称在上的图形是(向上)凹的(或凹弧);如果恒有
,
则称在上的图形是(向上)凸的(或凸弧)。
注1:凹凸性定义的几何直观:【动画】
定义2 连续曲线上凹弧与凸弧的分界点称为拐点。
2、曲线凹凸性的判别法
定理 设函数在闭区间上连续,在开区间内具有一阶和二阶导数,则
(1) 若在开区间内,有,则曲线在闭区间上的图形是凹的;
(2) 若在开区间内,有,则曲线在闭区间上的图形是凸的。
【证明】
注2:光滑曲线的凹凸性的几何意义:【动画】
对于凹曲线,当逐渐增大时,其上每一点的切线的斜率是逐渐增大的,即导函数是单调增加函数;而对于凸曲线,其每一点的切线的斜率是逐渐减少的,即导函数是单调减少函数。
3、判定曲线凹凸性与求拐点的步骤
(1) 求函数的二阶导数;
(2) 令,解出全部实根,求出使二阶导数不存在的点;
(3) 对步骤(2)中求出的每一个点,检查其邻近左、右两侧二阶导数的符号,确定曲线的凹凸区间和拐点。