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lnx是凸函数还是凹函数

来源:baiyundou.net   日期:2024-09-29

函数y=ln[(9+x)/x]-9/(9+x)的性质


主要内容:

本文主要介绍函数y=1ln[(9+x)/x]-9/(9+x)的定义域、单调性、凸凹性和极限等性质,并通过导数知识求解函数单调区间和凸凹区间的主要过程。


函数定义域:

根据函数特征,函数主要由对数和分数函数组成,则根据对数函数和分数函数定义要求,有:

(9+1x)/1x>0,即不等式解集等同于x(9+x)>0,则x>0或者x<-9, 所以函数的定义域为:(-∞,-9)∪(0,+∞)。

函数的单调性:

本例主要通过函数导数来解析函数的单调性,步骤如下:

∵y=ln[(9+x)/x]-9/(9+x)

=1[ln(9+x)-lnx]-9/(9+x),

∴dy/dx=[1/(9+x)-1/x]+9/(9+x)^2

=[x-(9+x)]/[x(9+x)]+9/(9+x)^2

=9{1/(9+x)^2-1/[x(9+x)]}

=-81/[x(9+x)^2]。

可知函数的单调性与x的符号有关,即:

(1)当x∈(0,+∞)时,即x>0,此时dy/dx<0,则函数为减函数。

(2)当x∈(-∞,-9)时,即x<0,此时dy/dx>0,则函数为增函数。

进一步分析可知当x趋近无穷大处有极小值。

函数的凸凹性:

∵dy/dx=-81/[x(9+x)^2]

∴d^2y/dx^2=81*[(9+x)^2+2x(9+x)]/\n[x^2(9+x)^4]

=81*[(9+x)+2x]/\n[x^2(9+x)^3]

=81*(9+3x)/ [x^2(9+x)^3]

令d^2y/dx^2=0,则有9+3x=0,即x=-3,

此时根据函数的定义域,函数的凸凹性及凸凹区间如下:

(1)当x∈(0,+∞)时,有(9+3x)>0且(9+x)^3>0,则d^2y/dx^2>0,所以此时函数为凹函数。

(2)当x∈(-∞,-9)时,有(9+3x)<0且(9+x)^3<0,则d^2y/dx^2>0,所以此时函数为凹函数。

综合可知函数在定义区间上均为凹函数。


函数的极限:

根据函数的定义域,函数的主要特征极限如下:

Lim(x→+∞) ln[(9+x)/x]-9/(9+x)=ln1=0;

Lim(x→-∞) ln[(9+x)/x]-9/(9+x)=ln1=0;

Lim(x→-9-) ln[(9+x)/x]-9/(9+x)= +∞;

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Lim(x→0+) ln[(9+x)/x]-9/(9+x)= +∞。

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(编辑:自媒体)
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