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随着部分高等数学知识下放到中学数学,高考试卷中蕴涵凸函数性质的题目逐步出现,而教师在平时对该知识点的讲解时不到位,学生又不太重视,导致在高考数学中失分严重,因此让中学生了解一些凸函数性质,并能利用它解决一些简单问题是非常必要的。
1.定义
设 是定义在区间 上的连续函数如果对于 上任两点 及 有 其中 为正实数 则称 是区间 上的下凸函数,如果 则称 是区间 上的上凸函数。
2.性质
定理1:设 在区间 上连续,在 内有二阶导数,且 或( )则 是区间 上的下(或上)凸函数
定理2:设 是正实数, 是 上的下凸函数则对任意 有
当且仅当 时等号成立,若 是上凸函数,则不等号取反向。
定理3: 是 上的上(或下)凸函数,如果对 有 是定值,那么
L= 在 时,达到最大(小)值是 以上三个定理凸函数独特的性质,证明从略。
3.应用
(1)判断函数图像
例1(2002北京理,12)如图所示,fi(x)(i=1,2,3,4)是定义在[0,1]上的四个函数,其中满足性质:“对[0,1]中任意的x1和x2,任意λ∈[0,1],f[λx1+(1-λ)x2]≤λf(x1)+(1-λ)f(x2)恒成立”的只有( )
A.f1(x),f3(x) B.f2(x)
C.f2(x),f3(x) D.f4(x)
(答案:A)
(2) 求极值
例2 若 ,其中 是使 有意义的实数试确定 最大值。
解:考虑函数 所以 是 上的上凸函数,而 是一定植且 在 内则由定理3得 当 时 取最大值。所以,当 时 。
1.定义
设 是定义在区间 上的连续函数如果对于 上任两点 及 有 其中 为正实数 则称 是区间 上的下凸函数,如果 则称 是区间 上的上凸函数。
2.性质
定理1:设 在区间 上连续,在 内有二阶导数,且 或( )则 是区间 上的下(或上)凸函数
定理2:设 是正实数, 是 上的下凸函数则对任意 有
当且仅当 时等号成立,若 是上凸函数,则不等号取反向。
定理3: 是 上的上(或下)凸函数,如果对 有 是定值,那么
L= 在 时,达到最大(小)值是 以上三个定理凸函数独特的性质,证明从略。
3.应用
(1)判断函数图像
例1(2002北京理,12)如图所示,fi(x)(i=1,2,3,4)是定义在[0,1]上的四个函数,其中满足性质:“对[0,1]中任意的x1和x2,任意λ∈[0,1],f[λx1+(1-λ)x2]≤λf(x1)+(1-λ)f(x2)恒成立”的只有( )
A.f1(x),f3(x) B.f2(x)
C.f2(x),f3(x) D.f4(x)
(答案:A)
(2) 求极值
例2 若 ,其中 是使 有意义的实数试确定 最大值。
解:考虑函数 所以 是 上的上凸函数,而 是一定植且 在 内则由定理3得 当 时 取最大值。所以,当 时 。