作函數圖像的一般步驟:1、求函數的定義域;2、考察函數的奇偶性、周期性;3、求函數的某些特殊點,如與兩個坐标軸的交點,不連續點,不可導點等;4、确定函數的單調區間,極值點,凸性區間以及拐點;5、考察漸近線;6、畫出函數圖象。
練習:按函數作圖的一般步驟,作f(x)=xe^(-x)的圖像.
請動手畫一畫這個函數的圖像。
分析:函數在R上可導,不存在奇偶性和周期性。因為f(0)=0,所以函數的曲線過原點。
求函數的一階導數:f'(x)=e^(-x)-xe^(-x)=(1-x)e^(-x). 當f'(x)=0時,x=1. 也就是說函數有唯一的穩定點x=1. 下面分析函數在穩定點兩側的單調性。
當x<1時,f'(x)>0,原函數單調遞增;當x>1時,f'(x)<0,原函數單調減。函數在x=1兩側,左增右減,說明(1,e^(-1))是函數的極大值點。由于函數在R上可導,所以并不存在其它極值點。
繼續求二階導數,以判斷函數的凸性區間,并找到可能存在的拐點。
f"(x)=-e^(-x)-(1-x)e^(-x)=(x-2)e^(-x). 當x<2時,f"(x)<0,曲線在這個區間上是上凸的;當x>2時,f"(x)>0,曲線在這個區間上是下凸的,也就是凹的。
函數在點x=2兩側凸性不同,且在這一點連續,因此點(2,2e^(-2))是函數的拐點。
觀察發現, 函數并不存在豎直的漸近線。那就設函數有斜的漸近線y=ax b,由求漸近線參數的極限公式,有:
a=lim(x->∞)(f(x)/x)=lim(x->∞)e^(-x)=0. 這說明,函數有一條水平的漸近線。注意,當a=0時,函數就有一條水平的漸近線。但我們求的時候,還是把它當作斜的漸近線去求的。其實豎直漸近線也可以用這種方法求得的。
b=lim(x->∞)(f(x)-ax)=lim(x->∞)xe^(-x)=0. 所以函數有一條水平的漸近線y=0.
綜上,函數的圖像性态可以概括如下表:
可以看到,函數有兩個關鍵點,極大值點x=1和拐點x=2, 将函數的定義域劃分成三個區間。最左邊的區間上,函數上凸且單調遞增;在中間的區間上,函數上凸且單調遞減;在右邊的區間上,函數下凸且單調遞增。不要忘了曲線還過原點。
綜合這所有的信息,結合函數的漸近線,作得函數的圖像如下圖:
和你所做的圖像是否一樣呢?
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