作者TimcApple (肥鹅)
看板Math
标题Re: [微积] 三次函数之切线数
时间Sun May 25 16:28:41 2025
※ 引述《tzhau (生命中无法承受之轻)》之铭言:
: 设三次多项式函数 f(x)=ax^3+bx^2+cx+d , a不为0 , b^2-3ac>0 ,
: 设P为平面上任一点(可在函数上也可在函数外)
: 则过P对三次函数做切线的切线数有几种可能? 又此时P会在何处?
: 我的想法是可能有一条、两条与三条,但无法严谨证明
: 且麻烦的是也无法说明当切线有一条两条与三条的时候P会在哪里
: 谢谢
设 f(x) 为二次连续可微函数,设 f''(x)=0 的根 x_1, ..., x_n 为有限多个
设 T_f[I](P) 为通过点 P 且和 y = f(x) 限制在范围 I 上图形相切的 L 的数量
当 I 为全实数时,即为本题所求 T_f,且明显 T_f 可以分段相加
(Lemma 1)
设 f(x) 在 (c-e, c+e) 上可微,且过 x = c 的切线为 L
则 T_f[{c}] =
1 (在 L 上)
0 (其他)
(Lemma 2)
设 f(x) 在 I = [a, b] 上连续
在 I_0 = (a, b) 上二次可微,且对任意 a<c<b 皆有 f''(c) > 0
设 L_a, L_b 为过 x=a, x=b 的切线
设 R 为 L_a, L_b, f|I 围成区域,不含边界
设 dR 为 R 的边界,但不含 L_a, L_b, f|I 彼此的交点
设 S 为 L_a, L_b 切割四区域中,不相邻且都不包含 f|I 的两区域
则 T_f[I_0] =
2 (在 R 上)
1 (在 dR 或 S 上)
0 (其他)
若 a->-inf 将 L_a 视为 x=-inf,若 b->inf 将 L_b 视为 x=inf
条件中的 f''(c) > 0 可改为 < 0
利用以上引理,设 y = f(x) 为三次函数
设 x=c 上有反曲点,L 为过反曲点的切线,I_0 = {x<c},I_1 = {x>c}
则 T_f[I_0] =
2 (在 f|I_0 与 L|I_0 围成区域不含边界)
1 (在 f|I_0 或 L|I_0 上但不在反曲点上,或是位於 L 右侧)
0 (其他)
T_f[{c}] =
1 (在 L 上)
0 (其他)
T_f[I_1] =
2 (在 f|I_1 与 L|I_1 围成区域不含边界)
1 (在 f|I_1 或 L|I_1 上但不在反曲点上,或是位於 L 左侧)
0 (其他)
因此可得 T_f =
3 (在 f 与 L 围成区域不含边界)
2 (在 f 或 L 上但不在反曲点上)
1 (反曲点以及其他区域)
Lemma 2 虽然直观但我没有想到严格证明,可能需要板友补充
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1F:→ tzhau : 感谢 05/25 17:11
2F:推 LimSinE : 若f有公切线那可加性有问题,但这要deg>=4才会出现 05/26 22:18
3F:推 cmrafsts : 我想lemma2就你比较f'(x)与P连到(x,f(x))的割线斜率 05/27 10:41
4F:→ cmrafsts : 第一个严格递增,然後证明第二个根据范围有特定长相 05/27 10:42
5F:推 cmrafsts : 另外我觉得既然只有三次,直接用代数解切线斜率也 05/27 10:52
6F:→ cmrafsts : 可能可行? 05/27 10:52