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《246函数之妙——lnx\/x(续)》

夫函数 lnx\/x,其魅力无穷,如璀璨之星,照亮数学之苍穹。前文已详述其特性、应用及意义,今当更进一步,深入探索其更为深邃之奥秘。

且说有一智者,名曰文,常游于学林之间,与诸学子共探数学之妙。文善启学子之智,引其深入思考,学子们亦对文敬重有加,常围而请教。

一、函数的高阶导数

1. 一阶导数的再审视

回顾 f(x)=lnx\/x 的一阶导数 f'(x)=(1-lnx)\/x2,其在确定函数单调性方面发挥了关键作用。当 0<x<e 时,f'(x)>0,函数单调递增;当 x>e 时,f'(x)<0,函数单调递减。此乃函数变化之根本规律,然仅止于此,尚不足以尽显其精妙。

学子甲曰:“先生,此一阶导数之变化,吾辈已明了,然其深意何在?”文笑而答曰:“此一阶导数,乃函数变化之关键。如行军之帅,引领函数之增减。当 f'(x)>0 时,函数如勇进之师,气势如虹;当 f'(x)<0 时,函数似退避之卒,渐趋平缓。汝等当细思其变,方能悟函数之真谛。”

2. 二阶导数的推导与分析

求 f(x)的二阶导数 f''(x)。对 f'(x)=(1-lnx)\/x2求导,根据求导法则可得:

f''(x)=[(1-lnx)'x2-(1-lnx)(x2)']\/x?

=(1\/x*x2-(1-lnx)*2x)\/x?

=(x-(1-lnx)*2x)\/x?

=(x-2x+2xlnx)\/x?

=(2xlnx - x)\/x?

=(2lnx - 1)\/x3。

分析二阶导数的意义:二阶导数反映了函数的凹凸性。当 f''(x)>0 时,函数图像为凹;当 f''(x)<0 时,函数图像为凸。

令 f''(x)=(2lnx - 1)\/x3>0,即 2lnx - 1>0,2lnx>1,lnx>1\/2,解得 x>√e。

故当 x>√e 时,函数 f(x)=lnx\/x 为凹函数;当 0<x<√e 时,函数为凸函数。

学子乙疑惑道:“先生,此凹凸之性,于实际有何用焉?”文曰:“此凹凸之性,用处甚广。如在工程设计中,可依此判断结构之稳定性;在经济领域,可借此分析市场之走势。汝等当结合实际,深思其用。”

3. 高阶导数的探索

继续求函数的三阶导数、四阶导数……虽计算过程愈发复杂,但每一次求导都能为我们揭示函数更多的性质。高阶导数在泰勒级数展开、近似计算等方面有着重要的应用。

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