Опуклість, увігнутість і точки перегину функції, приклади

Графік функції, що диференціюється на інтервалі, є на цьому інтервалі опуклим. якщо графік цієї функції в межах інтервалу лежить не вище будь-якої своєї дотичній (рис. 1).

Графік функції, що диференціюється на інтервалі, є на цьому інтервалі увігнутим. якщо графік цієї функції в межах інтервалу лежить не нижче будь-якої своєї дотичній (рис. 2).

Теореми про опуклості функції та точках перегину

(Про умови опуклості або угнутості графіка функції)

Нехай функція визначена на інтервалі і має безперервну, що не рівну нулю в точці другу похідну. Тоді, якщо всюди на інтервалі, то функція має увігнутість на цьому інтервалі. якщо, то функція має опуклість.

Точкою перегину графіка функції називається точка, що розділяє проміжки опуклості і угнутості.

(Про необхідну умову існування точки перегину)

Якщо функція має перегин у точці, то чи не існує.

(Про достатній умови існування точки перегину)

  1. перша похідна неперервна в околиці точки;
  2. друга похідна або не існує в точці;
  3. при переході через точку змінює свій знак,

тоді в точці функція має перегин.

Схема дослідження функції на опуклість, увігнутість

  1. Знайти другу похідну функції.
  2. Знайти точки, в яких друга похідна дорівнює нулю або не існує.
  3. Дослідити знак похідної ліворуч і праворуч від кожної знайденої точки і зробити висновок про інтервали опуклості і точках перегину.

Завдання. Знайти інтервали опуклості / угнутості функції

Рішення. Знайдемо другу похідну заданої функції:

Знаходимо точки, в яких друга похідна дорівнює нулю, для цього вирішуємо рівняння:

Досліджуємо знак другої похідної ліворуч і праворуч від отриманої точки:

Так як на проміжку друга похідна, то на цьому проміжку функція опукла; в силу того, що на проміжку друга похідна - функція увігнута. Так як при переході через точку друга похідна змінила знак, то ця точка є точкою перегину графіка функції.

Відповідь. Точка - точка перегину графіка функції.

На проміжку функція опукла, на проміжку функція увігнута.