5. Wypukłość, wklęsłość funkcji, punkty przegięcia

5.3 Zadania

1

Wyznacz przedziały wypukłości/wklęsłości funkcji f:

  1. f(x)=\frac{1}{3}x^{3}+2x-1,
  2. f(x)=x\operatorname{arcctg}x,
  3. f(x)=e^{x^{2}},
  4. f(x)=x^{2}\ln x.

Wyznaczyć dziedzinę funkcji, obliczyć pochodną i drugą pochodną funkcji a następnie rozwiązać nierówności f^{\prime \prime }(x)>0, f^{\prime \prime }(x).

  1. D=\mathbb{R}. Funkcja f jest wypukła na przedziale (0,+\infty ), wklęsła na przedziale (-\infty ,0).
  2. D=\mathbb{R}. Funkcja f jest wklęsła w całej dziedzinie.
  3. D=\mathbb{R}. Funkcja f jest wypukła na przedziałach (-\infty ,-\frac{1}{4}), (0,+\infty ), wklęsła na przedziale (-\frac{1}{4} ,0).
  4. D=(0,+\infty ). Funkcja f jest wypukła na przedziale \ (e^{- \frac{3}{2}},+\infty ), wklęsła na przedziale (0,e^{-\frac{3}{2}}).
2

Wyznacz przedziały wypukłości/wklęsłości funkcji f:

  1. f(x)=\frac{4x}{x^{2}+1},
  2. f(x)=(x^{2}+1)e^{x},
  3. f(x)=\sqrt{x^{2}-1},
  4. f(x)=e^{\frac{x}{x+1}}.

Wyznaczyć dziedzinę funkcji, obliczyć pochodną i drugą pochodną funkcji a następnie rozwiązać nierówności f^{\prime \prime }(x)>0, f^{\prime \prime }(x).

  1. D=\mathbb{R}. Funkcja f jest wypukła na przedziałach (-\sqrt{3},0),  (\sqrt{3},+\infty ), wklęsła na przedziałach (-\infty ,-\sqrt{3}) , (0,\sqrt{3}).
  2. D=\mathbb{R}. Funkcja f jest wypukła na przedziałach (-\infty ,-3) , (1,+\infty ), wklęsła na przedziale (-3,1).
  3. D=\mathbb{(}-\infty ,-1]\cup \lbrack 1,+\infty ). Funkcja f jest wklęsła na przedziałach (-\infty ,-1), (1,+\infty ).
  4. D=\mathbb{(}-\infty ,-1)\cup (-1,+\infty ). Funkcja f jest wypukła na przedziałach (-\infty ,-1), (-1,-\frac{1}{2}), wklęsła na przedziale (-\frac{1}{2},+\infty ).
3

Wyznacz punkty przegięcia oraz przedziały wypukłości i wklęsłości funkcji f:

  1. f(x)=x^3-3x^2,
  2. f(x)=x^2e^{-x},
  3. f(x)=2x+\frac{4}{x},
  4. f(x)=\ln^2x.
  1. D=\mathbb{R}. Punkt przegięcia: P=(1,-2). Funkcja jest wypukła na przedziale (1,+\infty), wklęsła na przedziale (-\infty,1).
  2. D=\mathbb{R}. Punkty przegięcia: P_1=(2-\sqrt2,(2-\sqrt2)^2⋅e^{-2+\sqrt2}), P_2=(2+\sqrt2,(2+\sqrt2)^2⋅e^{-2-\sqrt2}). Funkcja jest wypukła na przedziałach (-\infty,2-\sqrt2), (2+\sqrt2,+\infty), wklęsła na przedziale (2-\sqrt2,2+\sqrt2).
  3. D=\mathbb{R}\setminus \left\{ 0\right\} . Brak punktów przegięcia. Funkcja jest wypukła na przedziale (0,+\infty), wklęsła na przedziale (-\infty,0).
  4. D=(0,+\infty ). Punkt przegięcia: P=(e,1). Funkcja jest wypukła na przedziale (0,e), wklęsła na przedziale (e,+\infty).
4

Wyznacz punkty przegięcia oraz przedziały wypukłości i wklęsłości funkcji f:

  1. f(x)=\ln (1+x^{2}),
  2. f(x)=\frac{x}{\sqrt{1+x^{2}}},
  3. f(x)=\frac{x^{2}+1}{x-3},
  4. f(x)=x\ln (1-x).
  1. D=\mathbb{R}. Punkty przegięcia: P_1=(-1,\ln2), P_2=(1,\ln2). Funkcja jest wypukła na przedziale (-1,1), wklęsła na przedziałach (-\infty,-1), (1,+\infty).
  2. D=\mathbb{R}. Punkt przegięcia: P=(0,0). Funkcja jest wypukła na przedziale \left( -\infty,0\right), wklęsła na przedziale \left( 0,+\infty \right).
  3. D=\mathbb{R}\backslash \left\{ 3\right\} . Brak punktów przegięcia. Funkcja jest wypukła na przedziale \left( 3,+\infty \right) , wklęsła na przedziale \left( -\infty ,3\right).
  4. D=\left( -\infty ,1\right) . Brak punktów przegięcia. Funkcja jest wklęsła na na przedziale \left( -\infty ,1\right).