18 некоторые вопросы дифференциальной геометрии

Page 6

Тофик М. Расулов Дифференциальное исчисление функций одной переменной Теорема В точках перегиба вторая производная ординаты по абсциссе равна нулю: f ( x0 )  0

(5)

Эта теорема, однако, необратима: из того, что в некоторой точке x 0 выполняется соотношение (4), вовсе не следует, что x 0 есть точка перегиба. Рассмотрим, например, кривую y  x 4 . Здесь y   12x 2 , и потому y   0 для всех x , кроме x  0 , для которого y   0 . Следовательно, наша кривая на всем своем протяжении обращена выпуклостью вверх и при x  0 никакого перегиба не имеет, хотя для этого x и будет y   0 . Тем не менее, точки кривой y  f (x) , для которых справедливо (5), представляют и чисто геометрический интерес. В связи с этим всякую точку M ( x0 , y 0 ) (а также ее абсциссу x 0 ), в которой выполнено (5), условимся называть точкой выпрямления кривой y  f (x) (происхождение этого выражения станет ясным ниже при изучении кривизны линий). Таким образом, всякая точка перегиба является ее точкой выпрямления, но не наоборот. Изучение выпуклости кривой сходно с исследованием функции на экстремум, только вместо знаков первой производной f (x) приходится обращать внимание на знаки второй производной f (x) . В связи с этим рекомендуется следующее

Правило для изучения выпуклости кривой Чтобы изучить характер выпуклости кривой y  f (x) надо: 1. Найти f (x) . 2. Положить f ( x)  0 и решить это уравнение. Его корни x1  x2  ...  xm будут точками выпрямления кривой. 3. Нанести точки x1 , x 2 , ..., x m на числовую ось и определить знаки на получившихся участках оси.

Пример 4. Исследовать на выпуклость кривую y  x 4  14 x 3  60 x 2  8 x  9

Решение. Последовательно находим y   4 x 3  42 x 2  120 x  8 y   12 x 2  84 x  120

Полагая y   0 и сокращая на 12, приходим к уравнению

x 2  7 x  10  0 с корнями x1  2 , x 2  5 . Ось разбивается на участки (, 2) , (2, 5) , (5,  ) . Чтобы установить знаки y  на этих участках, рассуждаем таким образом: когда x очень велико по абсолютной величине, то x 2 значительно превосходит x , и потому в составе y  основное значение будет иметь слагаемое

12x 2 , а оно  0 . Значит, на участках (, 2) и (5,  ) будет y   0 . Полагая x  3 , находим 6


Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.