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二阶导数

二阶导数是一阶导数的导数,从原理上,它表示一阶导数的变化率;从图形上看,它反映的是函数图像的凹凸性。

代数记法

二阶导数记作即。

例如:的导数为,二阶导数即的导数为。

几何意义

(1)切线斜率变化的速度,表示的是一阶导数的变化率。

(2)函数的凹凸性(例如加速度的方向总是指向轨迹曲线凹的一侧)。

这里以物理学中的瞬时加速度为例:

根据定义有

可如果加速度并不是恒定的,某点的加速度表达式就为:

(即速度对时间的一阶导数)

又因为所以就有:

即元位移对时间的二阶导数

将这种思想应用到函数中即是数学所谓的二阶导数

(的一阶导数)

(的二阶导数)

定义

导数定义法定义:如果函数 的导数 在x处可导,则称 的导数为函数 在点x处的二阶导数,记为。

以极限定义法定义:函数 在 处的二阶导数 是导函数 在 处的导数,即

物理意义

以物理运动为例,我们知道,变速直线运动的速度u(t) 是位置函数s(t) 对时间t的导数,即

这种偏导数的导数 或 称为 对的二阶导数,记作

所以,直线运动的加速度就是位置函数是s(t)对时间t的二阶导数。

性质

(1)如果一个函数在某个区间上有(即二阶导数)\u003e0恒成立,那么对于区间上的任意总有:,如果总有成立,那么上式的不等号反向。

几何的直观解释:如果一个函数f(x)在某个区间I上有(即二阶导数)\u003e0恒成立,那么在区间上的图象上的任意两点连出的一条线段,这两点之间的函数图象都在该线段的下方,反之在该线段的上方。

(2)判断函数极大值以及极小值。

结合一阶、二阶导数可以求函数的极值。当一阶导数等于0,而二阶导数大于0时,为极小值点。当一阶导数等于0,而二阶导数小于0时,为极大值点;当一阶导数和二阶导数都等于0时,为驻点

(3)函数凹凸性。

设在上连续,在内具有一阶和二阶导数,那么,

(1)若在内,则在上的图形是凹的;

(2)若在内,则在上的图形是凸的。

例题

解:用导数定义求解:

参考资料