二阶导数与函数的凹凸性

设函数,在内具有一阶和二阶,那么:

(1)若在,那么上是

(2)若在,那么上是

下面先来证明情况(1)。设内任意两点,且,记,并记,则有。这里的四者的关系如下图所示。

以及

可得:

下式减去上式可得:

再运用对上式中标红的部分进行改写:

因为,又条件中有,故:

上面的不等式整理后可得:

根据,所以上是。类似的可证情况(2)。

上述的代数证明还是有点复杂,我们可通过如下的逻辑链条来理解该定理:

对于上述逻辑链条这里举例说明下。对函数而言,如果其二阶满足,根据,那么意味着的,此时函数的变化就会类似于下面的动图(微分的斜率就是):

  • 为金黄色时导数小于 0
  • 为紫色时,也就是闪烁时导数等于 0
  • 为红色时导数大于 0

当函数时,就可以要满足上述变化。

是严格单调递增的

的情况也是一样的,这里就不再赘述了。

关注马同学
马同学高等数学
微信公众号:matongxue314