一元函数微分学 / 凹凸性与拐点 / 常规计算与结论整理
求函数 $y=3+e^{\arctan x}$ 的拐点与凹凸区间.
正确答案
凹区间 $(-\infty,\dfrac12)$,凸区间 $(\dfrac12,+\infty)$,拐点 $(\dfrac12,e^{\arctan\frac12}+3)$
题目解析
【解】函数 $y=3+e^{\arctan x}$,定义域为 $\mathbb{R}$。一阶导数:$$y'=e^{\arctan x}\cdot\dfrac{1}{1+x^2}.$$ 二阶导数:$$y''=\dfrac{d}{dx}\left[e^{\arctan x}\cdot\dfrac{1}{1+x^2}\right]=e^{\arctan x}\cdot\left(\dfrac{1}{1+x^2}\right)^2+e^{\arctan x}\cdot\dfrac{-2x}{(1+x^2)^2}=e^{\arctan x}\cdot\dfrac{1-2x}{(1+x^2)^2}.$$ 令 $y''=0$,因 $e^{\arctan x}>0$,$ (1+x^2)^2>0$,故只需 $1-2x=0$,得 $x=\dfrac{1}{2}$。当 $x<\dfrac{1}{2}$ 时,$1-2x>0$,故 $y''>0$,曲线凹;当 $x>\dfrac{1}{2}$ 时,$1-2x<0$,故 $y''<0$,曲线凸。因此凹区间为 $(-\infty,\dfrac{1}{2})$,凸区间为 $(\dfrac{1}{2},+\infty)$,拐点横坐标为 $x=\dfrac{1}{2}$,纵坐标为 $y=3+e^{\arctan\frac{1}{2}}$,即拐点为 $\left(\dfrac{1}{2},e^{\arctan\frac{1}{2}}+3\right)$。