kaoyan3basic 高等数学 第34题

教材习题

📝 题目

### 第34题 34 设 $\displaystyle f(x)=(x-1) x^{\frac{2}{3}}$ ,则 $f(x)$ 的凸区间是 $\_\_\_\_$ ,拐点的横坐标是 $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:凸区间$(-\infty,0)$和$(0,+\infty)$?需具体计算;拐点横坐标$x=0$ **解析**:步骤1:$\displaystyle f(x)=(x-1)x^{\frac{2}{3}}$,定义域$(-\infty,+\infty)$。求导:$\displaystyle f^{\prime}(x)=x^{\frac{2}{3}}+(x-1)\cdot\frac{2}{3}x^{-\frac{1}{3}}=\frac{5x-2}{3}x^{-\frac{1}{3}}$。 步骤2:$\displaystyle f^{\prime\prime}(x)=\frac{5}{3}x^{-\frac{1}{3}}+\frac{5x-2}{3}\cdot\left(-\frac{1}{3}\right)x^{-\frac{4}{3}}=\frac{5}{3}x^{-\frac{1}{3}}-\frac{5x-2}{9}x^{-\frac{4}{3}}=\frac{15x-(5x-2)}{9}x^{-\frac{4}{3}}=\frac{10x+2}{9}x^{-\frac{4}{3}}$。 步骤3:令$f^{\prime\prime}(x)=0$得$\displaystyle x=-\frac{1}{5}$,且$x=0$处二阶导不存在。列表:$\displaystyle x<-\frac{1}{5}$时$f^{\prime\prime}(x)<0$,凹;$\displaystyle -\frac{1}{5}0$,凸;$x>0$时$f^{\prime\prime}(x)>0$,凸。故凸区间为$\displaystyle (-\frac{1}{5},0)\cup(0,+\infty)$,拐点横坐标$\displaystyle x=-\frac{1}{5}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:求函数定义域及一阶导数
函数 f(x) = (x-1)x^(2/3) 定义域为全体实数 R。求导得 f'(x) = x^(2/3) + (x-1)*(2/3)x^(-1/3) = (5x-2)/3 * x^(-1/3)。
公式:f'(x) = (5x-2)/3 * x^(-1/3)
提示:注意 x=0 处导数不存在,但定义域包含0。
步骤 2/5
目标:求二阶导数
对 f'(x) 求导:f''(x) = (5/3)x^(-1/3) + (5x-2)/3 * (-1/3)x^(-4/3) = (10x+2)/9 * x^(-4/3)。
公式:f''(x) = (10x+2)/9 * x^(-4/3)
提示:x=0 处二阶导数不存在。
步骤 3/5
目标:找出二阶导数为零或不存在的点
令 f''(x)=0 得 10x+2=0 => x=-1/5。二阶导数不存在的点为 x=0。
提示:拐点可能出现在二阶导数为零或不存在处。
步骤 4/5
目标:列表分析二阶导数符号
将定义域分成区间:(-∞, -1/5), (-1/5, 0), (0, +∞)。取测试点:x=-1 时 f''(-1) = (-10+2)/9 * 1 = -8/9 < 0;x=-0.1 时 f''(-0.1) = (-1+2)/9 * ( -0.1)^(-4/3) > 0;x=1 时 f''(1) = (10+2)/9 * 1 = 12/9 > 0。因此,在 (-∞, -1/5) 上 f''<0,曲线凹;在 (-1/5,0) 上 f''>0,曲线凸;在 (0,+∞) 上 f''>0,曲线凸。
提示:注意 x^(-4/3) 在 x<0 时为正,因为偶次根式。
步骤 5/5
目标:确定凸区间和拐点横坐标
凸区间为 (-1/5, 0) ∪ (0, +∞)。拐点横坐标为 x=-1/5,因为该点两侧凹凸性改变。
提示:x=0 处虽然二阶导不存在,但两侧凹凸性相同,故不是拐点。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。