作函数图像的一般步骤如下:
1、求函数的定义域;
2、考察函数的奇偶性、周期性;
3、求函数的某些特殊点,如与两个坐标轴的交点,不连续点,不可导点等;
4、确定函数的单调区间,极值点,凸性区间以及拐点;
5、考察渐近线;
6、画出函数图象。
下面以函数f(x)=三次根号(x^3-x^2-x 1)为例,讨论它的性质和形态,并作出它的图像。
分析:1、按一般步骤,第一步先判断它的定义域,显然,这个函数在全域R上都是有定义的。
2、考察f(x)的奇偶性和周期性,不难发现,这个函数既没有奇偶性,也不存在周期性。实际上,这样的函数的图像画起来更加麻烦。
3、接下来求函数的某些特殊点。为此,对根号内进行因式分解为:(x 1)(x-1)^2. 不难发现:
f与x轴有两个交点,分别是(-1,0)和(1,0). 而当x=0时,f(x)=1,所以f与y轴有一个交点(0,1). 可以先把这些交点标志在坐标系中。
又f在R上连续,且在这里可以提前发现,f在x=-1和x=1两个点上不可导。如果发现不了,下面求导之后也可以发现。
4、第四步是核心步骤,之所以把单调性、极值点、凸性区间以及拐点放在一起研究,是因为它们都与导数有关,甚至与二阶导数有关。
对函数求导,这个过程是略有些复杂的,结果得到f'(x)=(3x 1)/(3倍三次根号(x 1)^2(x 1)).
由这个导数,可以发现,当x<-1/3或x>1时, f’(x)>0, 所以f单调增;当-1/3<x<1时, f’(x)<0, 所以f单调减;而x=-1/3是函数的一个稳定点。又由极值第一充分条件可以知道。(-1/3,2倍三次根号4 /3)是函数的极大值点,而(1,0)是极小值点。可以把这两个极值点先标在坐标系中。
又由f'(x)的表达式可以看出,f在x=±1有竖直的切线.
继续求二阶导数f"(x)=-8/(9倍三次根号((x 1)^5(x-1)^4),这个过程是真有够复杂的哦。不难发现,在(-∞,-1)上,f"(x)>0,所以f是下凸的,即凹的;在(-1, ∞),f"(x)<0,所以f(x)是上凸的. (-1,0)就是f唯一的拐点。
5、现在来到画图像的准备工作的最后一步,就是求函数的渐近线。这个函数很明显是没有竖直渐近线的。设它有斜的渐近线y=ax b, 那么a=lim(x->∞)(f(x)/x)=1. b=lim(x->∞)(f(x)-ax)=-1/3. 所以f有渐近线y=x-1/3. 求渐近线以及极限的知识你还记得吗?
在坐标平面上先画出这条渐近线,因为它是画原函数图像的一个基线。
上面分析的内容很多,如果你看起来有点乱的话,可以制作成如下的表格形式,帮助理解,有助于画函数的图像:
根据上表,结合函数的渐近线,就可以画出原函数的图像如下:
这个图像有没有出乎你的意料,像一个章鱼脑袋,有没有一种长得很丑的感觉呢?
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