題目
Problem
4. The graph of the function g(x)=xln(x3) has an inflection point at x=(4).
解答
解法一
思路
展開
- 定義與化簡函數:
- g(x)=xln(x3)=x3lnx=3x−1/2lnx。定義域為 x>0。
- 第一步:求一階導函數 g′(x):
- 使用乘積法則或商法則:
g′(x)=3(−21x−3/2lnx+x−1/2⋅x1)=3(−2x3/2lnx+x3/21)=2x3/26−3lnx
- 第二步:求二階導函數 g′′(x):
- 對 g′(x)=26−3lnxx−3/2 再次求導:
g′′(x)=dxd[2x3/26−3lnx]=4x3−3x−1⋅2x3/2−(6−3lnx)⋅3x1/2=4x5/23(3lnx−8)
- 第三步:尋找反曲點:
- 令 g′′(x)=0⟹3lnx−8=0⟹lnx=38⟹x=e8/3。
- 由於 g′′(x) 在 x=e8/3 兩側發生正負號變號,故此處為反曲點。
答題過程
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首先,我們利用對數性質簡化函數 g(x)。對於定義域 x>0:
g(x)=xln(x3)=x1/23lnx
我們使用商求導法則(Quotient Rule)求一階導函數:
g′(x)===(x1/2)2dxd(3lnx)⋅x1/2−(3lnx)⋅dxd(x1/2)xx3⋅x1/2−3lnx⋅(21x−1/2)x3x−1/2−23x−1/2lnx=2x3/26−3lnx
接下來,我們求二階導函數:
g′′(x)=====dxd[2x3/26−3lnx](2x3/2)2(dxd(6−3lnx))(2x3/2)−(6−3lnx)(dxd(2x3/2))4x3(−x3)(2x3/2)−(6−3lnx)(3x1/2)4x3−6x1/2−18x1/2+9x1/2lnx4x3x1/2(9lnx−24)=4x5/23(3lnx−8)
我們令 g′′(x)=0 以尋找潛在的反曲點(Inflection Point):
3lnx−8=0⟹lnx=38⟹x=e8/3
我們分析二階導數的符號變化:
- 當 0<x<e8/3 時, lnx<38⟹g′′(x)<0 (函數呈凹向下 ∩)。
- 當 x>e8/3 時, lnx>38⟹g′′(x)>0 (函數呈凹向上 ∪)。
因為二階導數在 x=e8/3 的兩側發生變號,所以該點確實為反曲點。
結論:
(4) 處應填入 e8/3。