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《246函式之妙——lnxx(續)》
夫函式lnxx,其魅力無窮,如璀璨之星,照亮數學之蒼穹。前文已詳述其特性、應用及意義,今當更進一步,深入探索其更為深邃之奧秘。
且說有一智者,名曰文,常遊於學林之間,與諸學子共探數學之妙。文善啟學子之智,引其深入思考,學子們亦對文敬重有加,常圍而請教。
一、函式的高階導數
1。一階導數的再審視
回顧f(x)=lnxx的一階導數f(x)=(1-lnx)x2,其在確定函式單調性方面發揮了關鍵作用。當0<x<e時,f(x)>0,函式單調遞增;當x>e時,f(x)<0,函式單調遞減。此乃函式變化之根本規律,然僅止於此,尚不足以盡顯其精妙。
學子甲曰:“先生,此一階導數之變化,吾輩已明瞭,然其深意何在?”文笑而答曰:“此一階導數,乃函式變化之關鍵。如行軍之帥,引領函式之增減。當f(x)>0時,函式如勇進之師,氣勢如虹;當f(x)<0時,函式似退避之卒,漸趨平緩。汝等當細思其變,方能悟函式之真諦。”
2。二階導數的推導與分析
求f(x)的二階導數f(x)。對f(x)=(1-lnx)x2求導,根據求導法則可得:
f(x)=[(1-lnx)x2-(1-lnx)(x2)]x?
=(1x*x2-(1-lnx)*2x)x?
=(x-(1-lnx)*2x)x?
=(x-2x+2xlnx)x?
=(2xlnx-x)x?
=(2lnx-1)x3。
分析二階導數的意義:二階導數反映了函式的凹凸性。當f(x)>0時,函式影象為凹;當f(x)<0時,函式影象為凸。
令f(x)=(2lnx-1)x3>0,即2lnx-1>0,2lnx>1,lnx>12,解得x>√e。
故當x>√e時,函式f(x)=lnxx為凹函式;當0<x<√e時,函式為凸函式。
學子乙疑惑道:“先生,此凹凸之性,於實際有何用焉?”文曰:“此凹凸之性,用處甚廣。如在工程設計中,可依此判斷結構之穩定性;在經濟領域,可藉此分析市場之走勢。汝等當結合實際,深思其用。”
3。高階導數的探索
繼續求函式的三階導數、四階導數…