(4.5)James Stewart Calculus 5th Edition:Summary of Curve Sketching


Summary of Curve Sketching

每種圖像,都有它的特征,下面大體可以理解成:

Guidelines for Sketching a Curve 曲線草圖指南

大體可以根據對應的清單。

  • (A)Domain, 定義域
    • 注意范圍和特殊情況
  • (B)Intercepts, 截距
    • 注意x=0,和y=0 的兩條線,和對應的值
  • (C)Symmetry, 對稱
    • 奇函數
    • 偶函數
    • 周期函數
  • (D)Asymptotes, 漸近線
    • Horizontal Asymptotes 橫向漸近線
    • Vertical Asymptotes 縱向漸近線
    • Slant Asymptotes 偏漸近線
  • (E)Intervals of Increase or Decrease, 區間遞增,遞減
    • 注意 f' ,對應的導數的正負
  • (F)Local Maximum and Minimum Values, 局部最大值,最小值
    • 注意 critical numbers 臨界點 (f'(x) =0, 或者 不存在)
      • 如果 在臨界點c上 f'(x) 先正再負, 則有 最大值
      • 如果 在臨界點c上 f'(x) 先負再正, 則有 最小值
    • 特別注意:在點c的一階求導 = 0, 二階求導 >0, 或者 <0 的情況
      • 在臨界點c上 f''(x) > 0 , 有局部最小值
      • 在臨界點c上 f''(x) < 0 , 有局部最大值
  • (G)Concavity and Points of Inflection, 凹度 和 拐點
    • 如果一個區間一直 f''(x) > 0 , 則圖像 凹向上
    • 如果一個區間一直 f''(x) < 0 , 則圖像 凹向下
  • (H)Sketch the Curve, 畫曲線
    • 注意上面提到的所有點和情況

例子:

對應的例子比較多,就過一下,熟悉一下:

例子1
  • (A)Domain, 定義域
  • (B)Intercepts, 截距
    x和y的截距都為0

  • (C)Symmetry, 對稱

    • 由 f(-x) = f(x), 知道是 偶函數, 關于y軸對稱
  • (D)Asymptotes, 漸近線


    • 可以知道,有 水平漸近線 y = 2
  • (E)Intervals of Increase or Decrease, 區間遞增,遞減


    • 我們可以知道, 分母永遠 > 0, 所以 在x!=+-1的時候,
    • (-∞, -1) 和 (-1, 0) 分別遞增
    • (0,1) 和 (1, +∞) 分別遞減
  • (F)Local Maximum and Minimum Values, 局部最大值,最小值

    • 有上面的導數結果,容易看出,只有 f(0) 這一個臨界點
    • 并且, 拐點的導數值 是 從正到負, 所有 有局部最大值
  • (G)Concavity and Points of Inflection, 凹度 和 拐點

    • 求對應的二階導數


    • 知道當 12x^2 + 4 > 0, 也就是 f''(x) >0, 對應的 x的范圍為 | x | > 1
    • 可以得到,(-∞, -1)和(1, +∞)凹向上
    • 剩下的, (-1, 1) 凹向上
  • (H)Sketch the Curve, 畫曲線

    • 通過前面的 A - D, 可以畫出 Figure 8 的圖像
    • 在Figure 8 的圖像的基礎上, 通過后面的 E - G, 可以畫出 Figure 9 的圖像

Slant Asymptotes 偏漸近線

其實,上面(D)Asymptotes, 漸近線 的第3個,也提到了
Slant Asymptotes 偏漸近線
這里我們給出定義:

大致圖像為:

也就是, 對應的 x->∞ 的時候, 對應的f(x) 近似等于 mx+b
這里 y = mx+b 就叫做 Slant Asymptotes 偏漸近線


例子:
  • (A)Domain, 定義域
    • 定義域為R, (-∞, +∞)
  • (B)Intercepts, 截距
    • 截距都是0
  • (C)Symmetry, 對稱
    • 由 f(-x) = - f(x), 知道是 奇函數, 關于原點對稱
  • (D)Asymptotes, 漸近線


    • 通過計算,我們可以知道,是 Slant Asymptotes 偏漸近線
    • 對應的 偏漸近線的方程為 y = x
  • (E)Intervals of Increase or Decrease, 區間遞增,遞減


    • 根據圖像,我們可以知道對應的 f'(x)>0, 所以,在R上遞增
  • (F)Local Maximum and Minimum Values, 局部最大值,最小值
    • 雖然 f'(0) = 0, 但是, 沒有改變符號,所以 沒有最大值和最小值
  • (G)Concavity and Points of Inflection, 凹度 和 拐點


    • 通過結果,我們可以知道,x=0 和 x= +-根號3 可以使得 f''(x)為0
    • 通過下面的圖表,我們可以知道對應的 凹向上CU, 凹向下CD


  • (H)Sketch the Curve, 畫曲線


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