函数的图形有助于直观上了解函数的性质,所以研究函数图形的描绘很有必要.我们可以利用函数的一阶导数讨论了函数的单调性和极值,利用函数的二阶导数研究了曲线的凹凸性和拐点.此外,我们还学习了求渐近线的方法.这样我们就掌握了函数的基本性态.我们还可以利用之前学的确定函数的单调性、奇偶性、间断点以及函数与坐标轴的交点等,由此可比较准确地描绘函数的图形.
描绘函数图形的一般步骤如下:
(1)确定函数f(x)的定义域及函数具有的某些特性(如奇偶性、周期性等),并求函数的一阶导数f′(x)和二阶导数f″(x);
(2)求出f′(x)=0和f″(x)=0在定义域内的所有实根以及一阶导数f′(x)和二阶导数f″(x)在定义域内不存在的点;
(3)用(2)中得到的所有点将定义域分成若干个部分区间,确定f′(x)和f″(x)在这些区间的符号,并由此确定函数的单调性、极值,函数图形凹凸性及拐点;
(4)确定曲线的渐近线(水平渐近线,铅锤渐近线,斜渐近线);
(5)算出极值点处的函数值,拐点坐标,定出图形上相应的点;为了把图形描绘得准确有时还需补充一些点,如与坐标轴的交点等.最后结合以上得到的结果,描绘出函数y=f(x)的图形.
例6 描绘函数f(x)=的图形.
解 (1)函数的定义域(-∞,+∞),因为f(-x)=f(x),则函数是偶函数,图形关于y轴对称.
(2)确定函数的单调区间、极值、凹凸性与拐点.
注:其中↗∪表示单调增加并且是凹的,↗∩表示单调增加并且是凸的,↘∩表示单调减少并且是凸的,↘∪表示单调减少并且是凹的.
图4.9
解 (1)函数的定义域(-∞,1)∪(1,+∞).(www.daowen.com)
(2)确定函数的单调区间、极值、凹凸性与拐点.
注:其中↗∪表示单调增加并且是凹的,↗∩表示单调增加并且是凸的,↘∩表示单调减少并且是凸的,↘∪表示单调减少并且是凹的.
(5)曲线与x轴的交点为(-1,0),曲线没有拐点,根据上述结论描绘如图4.10所示.1.求下列函数的凹凸性及拐点.
图4.10
习题 4.4
(1)y=3x2-x3; (2)y=ln(1+x2);
(3)y=x+; (4)y=xe-x.
2.求a,b为何值时,点(1,2)为曲线y=ax3+bx2的拐点.
3.求下列曲线的渐近线.
4.证明曲线y=x无拐点.
5.做出下列函数的图形.
(1)f(x)=x3-x2-x+1; (2)f(x)=x+
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