在弱条件下判别曲线拐点的一种新方法

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  【摘要】当f(x)在点x0处不可导、二阶导数的表达式复杂且在x0的去心领域Uo(x0)内不容易确定正负号时,本文利用拉格朗日中值定理与极限的保号性定理得到只需用f(x)的一阶导数的符号判别点(x0,f(x0))是否为曲线y=f(x)的拐点的方法.
  【关键词】曲线;拐点;导数
  【中图分类号】O172.1
  当函数f(x)在x0处的一阶导数f′(x0)=0时,文[2]给出了用函数f(x)的一阶导数f′(x)在U0-(x0),U0 (x0)的符号来判别曲线y=f(x)的拐点方法,文[2]的方法都要求函数f′(x0)存在,曲线y=f(x)的拐点的定义(见文[1])并不要求f′(x0)存在,本文讨论了f(x)在x=x0处不可导时,求曲线y=f(x)拐点的新方法.
  引理若limx→x-0f(x)=A>0(或为 ∞),则存在δ>0,当x∈(x0-δ,x0)时,f(x)>0;若limx→x 0f(x)=A>0(或为 ∞),则存在δ>0,当x∈(x0,x0 δ)时,f(x)>0.
  证只证limx→x-0f(x)=A>0的情形,由左极限定义,对ε=A[]2,存
  在δ>0,当x∈(x0-δ,x0)时,|f(x)-A|A-A[]2=A[]2>0.
  对limx→x 0f(x)=A>0(或为 ∞)与limx→x 0f(x)=A<0(或为-∞)等的情形也有类似的结论.
  定理设函数f(x)在U(x0)内连续,在某去心领域Uo(x0)内有二阶导数(在x0处可以不可导),且f′(x-0)与f′(x 0)存在(或为∞),若存在δ>0,使得f′(x)-f′(x-0)在(x0-δ,x0)内与f′(x)-f′(x 0)在(x0,x0 δ)内同号,则点(x0,f(x0))是曲线y=f(x)的拐点.
  证用反证法,若存在δ>0,使得f′(x)-f′(x-0)在(x0-δ,x0)内与f′(x)-f′(x 0)在(x0,x0 δ)内同号,而点(x0,f(x0))不是曲线y=f(x)的拐点.则在半径为δ的x0去心领域Uo(x0,δ),f″(x)≥0,或f″(x)≤0.但不在任一长度不为零的区间上等于零.不妨设f″(x)≥0,对任意x∈Uo(x0,δ),当x∈(x0-δ,x0)时,有x0-δ  例求下列曲线的拐点:(1)y=|x(ex-e)|;(2)y=|ex-e|1[]3ln1[]3x.
  解(1)记f(x)=|x(ex-e)|,f′(x)=-x(ex-e),01.,f′(0-)=1-e,f′(0 )=e-1,f′(1-)=-e,f′(1 )=e,f(x)仅在x=0,1处的一、二阶导数均不存在,在(-∞,0)内,f′(x)-f′(0-)=xex ex-1<0,在(0,1)内,f′(x)-f′(0 )=-(xex ex-1)<0,f′(x)-f′(1-)=2e-(1 x)ex>0,在(1, ∞)内,f′(x)-f′(1 )=(1 x)ex-2e>0,由定理知点(0,0)与(1,0)为该曲线的拐点.
  (2)因为该例的二阶导数的表达式很复杂,很难判别二阶导数符号的正负,用本文的定理判别很简单,记f(x)=|ex-e|1[]3ln1[]3x,则
  f′(x)=-13(ex-e)-2[]3exln1[]3x 1x(ex-e)1[]3ln-2[]3x,01.
  f′(1-)=f′(1 )= ∞,f(x)仅在x=1处的一、二阶导数均不存在,在(0,1)内,f′(x)-f′(0-)=-∞<0,在(1, ∞)内,f′(x)-f′(1 )=-∞<0,由定理知点(1,0)为该曲线的拐点.
  【参考文献】
  [1]同济大学等编.高等数学(第六版):上册[M].北京高等教育出版社,2007.6.
  [2]于淑兰.关于曲线拐点的判别法.数学的实践与认识,2003,33(1):98-100.
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