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
以 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)>0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)>0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。规定曲线在a点上凹为正,下凹为负(以下均如此设定),则凹向的正负与的正负一致。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(上凹为正);
(2)若在 内 ,则 在 上的图形是 凸 的(下凹为负)。
例题
解:用 导数 定义求解: