作函数图像的一般步骤,是老黄学高数第210讲分享的内容。为了巩固这方面的知识,老黄已经举过不少例子了。这次这个例子,是一个偶函数的图像。画偶函数的图像,可以先做出一半图像,再根据偶函数图像关于y轴的对称性,作出另一半对称的图像。
练习:按函数作图的一般步骤,作f(x)=e^(-x^2)的图像.
分析:这个复合函数的外函数是以e为底的指数函数,内函数是开口向下的抛物线,差一点就可以利用复合函数的凸性法则来判断它的凸性了。它的外函数是单调递增的,而且是下凸的,而内函数却是上凸的,因为凸性不同,所以无法根据复合函数的凸性法则来判断它的凸性。这里顺便复习一下复合函数的凸性法则,你还记得吗?好了,言归正传,请先自己动手画一画这个图像。
1、确定函数的定义域;
这个函数在R上都有定义。
2、考察函数的奇偶性、周期性;
这是一个偶函数。注意,内函数是x方的复合函数,只要定义区间关于y轴对称,就是偶函数。它并没有周期性。
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;
这个函数与x轴没有交点,因为它恒大于0。但与y轴有交点,纵坐标等于1,即曲线过点(1,0). 函数不存在间断点和不可导点。
4、确定函数的单调区间,极值点,凸性区间以及拐点;
当一阶导数f'(x)=-2xe^(-x^2)=0时,求得函数唯一的稳定点x=0.
由一阶导数的符号性质可知,函数在负区间单调增,在正区间单调减。又由极值的第一充分条件可知,x=0是函数的极大值点,极大值等于1.
继续求二阶导数f"(x)=2(2x^2-1)e^(-x^2),由二阶导数的符号性质决定了,函数在x小于负二分之根号2或大于二分之根号2时,下凸;而在负二分之根号2和二分之根号2之间的区间上,上凸. 函数有两个拐点。分别是(-根号2/2, e^(-1/2))和(根号2/2, e^(-1/2)).
5、考察渐近线;
设函数有渐近线y=ax+b,由渐近线参数的极限公式可以求得, a=lim(x->∞)(f(x)/x)=0, b=lim(x->∞)(f(x)-ax)=0, 所以x轴是函数水平的渐近线。
根据这些信息,归纳函数在非正区间的形态如表。
函数在非正区间上有两个关键点,一个是拐点x=负二分之根号2,一个是极大值点x=0. 两个关键点将函数在非正区间分成两个区间,左边区间的曲线单调递且下凸,右边区间的曲线单调增且上凸。作出函数在非正区间的图象,再利用函数的偶函数性质,就可以做出关于y轴对称的另一半图像了。函数的图像如图:
这个图像和你所画的图像,有没有什么不同呢?