5分で解ける!曲線の凹凸と変曲点(2)に関する問題
- 問題
この動画の問題と解説
問題
解説
曲線y=f(x)の凹凸は,2回微分したf''(x)の符号から判別できます。f''(x)の符号が正である区間では,曲線は下に凸,f''(x)の符号が負である区間では,曲線は上に凸となります。また,下に凸,上に凸が入れ替わる変曲点においてはf''(x)=0となります。
y''=0を解いて,増減表を作成
y=exsinxを微分して,
y'=(ex)'sinx+ex(sinx)'
=exsinx+excosx
=(sinx+cosx)ex
さらに微分したy''は,
y'' =(sinx+cosx)'ex+(sinx+cosx)(ex)'
=(cosx-sinx)ex+(sinx+cosx)ex
=2excosx
と求まりました。
曲線の凹凸は,y''の符号から判別します。
y''=2excosx=0
となるのは,cosx=0のときですね。0≦x≦2πより,
x=(π/2),(3π/2)
y''の符号は, x=(π/2),(3π/2) を分岐点に変わることがわかります。この情報をもとに,増減表を書いてみましょう。
増減表は,上から順に「xの値」「y''の符号」「yの凹凸または値」を記します。y''の符号はcosxによって決まるので,「x:0→(π/2)→(3π/2)→2π」と進むとき,「cosx:正→0→負→0→正」と進みます。y''の符号が正である区間では,曲線は下に凸,y''の符号が負である区間では,曲線は下に凸となります。
変曲点の座標は?
下に凸,上に凸が入れ替わる点が変曲点なので,変曲点のx座標は(π/2)と(3π/2)ですね。
変曲点のy座標は,x=(π/2),(3π/2)を代入して,
x=(π/2) のとき,
y=e(π/2)×sin(π/2)=e(π/2)×1= e(π/2)
x=(3π/2) のとき,
y=e(3π/2)×sin(3π/2)=e(3π/2)×(-1)= -e(3π/2)
と求められます。
曲線y=exsinx (0≦x≦2π)の凹凸を調べ,変曲点の座標を求める問題です。