03 2-3 تحدب المنحنيات ونقط الانقلاب
التحدب
- تحدب المنحنى: لتكن دالة قابلة للاشتقاق على ، فمنحنى يكون محدبًا لأسفل على الفترة إذا كانت متزايدة، ويكون محدبًا لأعلى إذا كانت متناقصة.
- في التحدب لأسفل يتزايد ميل المماس، ويقع المنحنى فوق مماساته.
- في التحدب لأعلى يتناقص ميل المماس، ويقع المنحنى تحت مماساته.
اختبار المشتقة الثانية للتحدب
- إذا كانت قابلة للاشتقاق مرتين على :
- إذا كان لجميع فالمنحنى محدب لأسفل على الفترة.
- إذا كان لجميع فالمنحنى محدب لأعلى على الفترة.
✍️ أمثلة محلولة
مثال 8: عين فترات التحدب لأعلى وفترات التحدب لأسفل لمنحنى . الحل:
- و
- عندما
- عندما : فالمنحنى محدب لأسفل على
- عندما : فالمنحنى محدب لأعلى على
نقطة الانقلاب
- نقطة الانقلاب: إذا كانت متصلة على فترة مفتوحة تحوي ، وكان لمنحنى مماس عند النقطة ، وتغير تحدب المنحنى عند هذه النقطة (من محدب لأسفل إلى محدب لأعلى أو العكس)، فإن نقطة انقلاب.
- عند نقطة الانقلاب تكون أو غير موجودة، لكن ذلك وحده لا يكفي، فلا بد من تغير إشارة على جانبيها.
- لا توجد نقطة انقلاب إذا لم يوجد مماس للمنحنى عند النقطة.
- المماس عند نقطة الانقلاب يقطع المنحنى، لأن المنحنى يقع تحت المماس في جهة وفوقه في الجهة الأخرى.
✍️ أمثلة محلولة
مثال 9 (دالة متعددة التعريف): إذا كانت فحدد فترات التحدب ونقط الانقلاب ومعادلة المماس عندها. الحل:
- من الجهتين فالدالة متصلة عند
- المشتقة اليسرى عند تساوي واليمنى ، وهما مختلفتان فالدالة غير قابلة للاشتقاق عند
- عندما و عندما
- عندما و عندما
- إشارة : موجبة في وسالبة في وموجبة في
- المنحنى محدب لأسفل في وفي ومحدب لأعلى في
- النقطة ليست نقطة انقلاب رغم تغير التحدب، لعدم وجود مماس عندها.
- النقطة نقطة انقلاب، وميل المماس ، ومعادلته
اختبار المشتقة الثانية للقيم القصوى المحلية
- لتكن قابلة للاشتقاق مرتين على فترة مفتوحة تحوي وكانت :
- إذا كان فإن قيمة عظمى محلية.
- إذا كان فإن قيمة صغرى محلية.
- إذا كان فلا يمكن تحديد النوع بهذا الاختبار، ونستخدم اختبار المشتقة الأولى.
✍️ أمثلة محلولة
مثال 10: استخدم اختبار المشتقة الثانية لإيجاد القيم القصوى المحلية للدالة . الحل:
- و
- النقاط الحرجة: و و
- عند : فالقيمة عظمى محلية.
- عند : فالقيمة صغرى محلية.
- عند : فالقيمة صغرى محلية.
مثال 11 (إيجاد ثوابت): إذا كانت النقطة نقطة انقلاب لمنحنى فأوجد و . الحل:
- و
- عند نقطة الانقلاب : أي ... (1)
- النقطة على المنحنى: أي ... (2)
- بالتعويض من (1) في (2): ومنها و