Faceți căutări pe acest blog

miercuri, 22 octombrie 2014

O primitivă convexă


Să se demonstreze că orice primitivă a funcției $f:(0;\infty)\to\mathbb{R}$, dată prin $f(x)=3x-\frac{2}{x}$ este convexă pe $(0;\infty)$.


Pentru a demonstra că o funcție este convexă (respectiv, concavă), este suficient să demonstrăm că a doua derivată a funcției respective este pozitivă (respectiv, negativă).

Vă povesteam alaltăieri prin ce „chinuri” trebuie să trecem ca să arătăm că primitiva unei funcții este crescătoare. Vă arătam acolo că acel cuvânt „primitiva” este pus oarecum la derută, căci pentru a arăta că o funcție (sau primitiva ei) este crescătoare a fost suficient să arătăm că derivata funcției (respectiv, derivata primitivei (care este tocmai funcția dată, fără nicio integrare și fără nicio derivare)) este pozitivă.

De data aceasta, trebuie să arătăm că a doua derivată a primitivei este pozitivă. Dar, dacă prima derivată a primitivei este tocmai funcția, înseamnă că a doua derivată a primitivei va fi de fapt prima derivată a funcției date.

Prin urmare, nu trebuie să calculăm nici primitiva și nici a doua derivată a vreunei funcții, ci trebuie să calculăm pur și simplu prima derivată a funcției date $f(x)=3x-\frac{2}{x}$ și să stabilim semnul ei. Aceasta este esența rezolvării problemei noastre!

Dar $$\left(3x-\frac{2}{x}\right)^\prime=(3x)^\prime-\left(\frac{2}{x}\right)^\prime=3+\frac{2}{x^2}.$$

Pardon. Am uitat să vă arăt amănunțit de ce
$$-\left(\frac{2}{x}\right)^\prime=+\frac{2}{x^2}.$$
Avem așa: constanta $2$ din paranteză iese în față și nu ne încurcă. Rămâne atunci să derivăm
$$-\left(\frac{1}{x}\right)^\prime.$$
Dar $\frac{1}{x}=x^{-1}$, deci noi avem de derivat de fapt pe $x^{-1}$. Avem atunci
$$-\left(\frac{1}{x}\right)^\prime=-(x^{-1})^\prime.$$
Din formula de derivare
$$(x^n)^\prime=nx^{n-1},$$
avem că
$$-(x^{-1})^\prime=-(-1)\cdot x^{-2}.$$
Cum minus minus ceva e cu plus și cum $x^{-2}=\frac{1}{x^2}$, rezultă ceea ce trebuia arătat, adică
$$-(x^{-1})^\prime=-(-1)\cdot x^{-2}=+\frac{1}{x^2}.$$



Ok, deci revenim și acuma știți de ce
$$\left(3x-\frac{2}{x}\right)^\prime=(3x)^\prime-\left(\frac{2}{x}\right)^\prime=3+\frac{2}{x^2}.$$

Mai trebuie să verificăm acum dacă acest rezultat este pozitiv. Este pozitivă expresia $3+\frac{2}{x^2}$? Absolut. Din moment ce este o sumă de termeni pozitivi (3 este pozitiv, iar $x^2$ este și el pozitiv mereu), atunci toată expresia este pozitivă.


Așadar, prima derivată a funcției este pozitivă. Așadar, a doua derivată a primitivei funcției este pozitivă. Așadar primitiva funcției este convexă, așa cum trebuia arătat.

6 comentarii:

  1. Dar dac[ am următoarea problemă:
    Demonstrați că orice primitivă a funcției g:(-∞,-1)→R , g(x)=x+1/x este concavă pe (-∞,-1)
    Cum o rezolv?

    RăspundețiȘtergere
  2. Ca să arăți că o funcție este concavă trebuie să arăți că a doua sa derivată este negativă. Așadar, ca să arăți că orice primitivă a unei funcții este concavă, dacă te-ai grăbi, te-ai apuca să calculezi întâi integrala din funcția ta, după care te-ai apuca să derivezi de două ori rezultatul. Dar dacă nu te-ai grăbi, ți-ai aminti că integrala cu derivata „se simplifică”, așa că ți-ai da seama că nu are rost să calculezi întâi integrala, după care să te apuci să derivezi de două ori, ci pus și simplu ai deriva o singură dată funcția și ai obține a doua derivată a primitivei.
    Dar derivata funcției g este $1-1/x^2$. În acest rezultat, dacă pui numere din intervalul dat, obții întotdeauna ceva negativ. Deci orice primitivă a funcției g este concavă.

    RăspundețiȘtergere
  3. Mă scuza-ți nu nu am o întrebare legată de primitive convexe sau concave dar, cum s-ar rezolva următoarea problemă:
    Pe mulțimea M={1,2,3,4,5,6} se consideră x*y=(x+y-|x-y|)/2 .Stabiliți structura maximală determinată de * pe M

    RăspundețiȘtergere
    Răspunsuri
    1. Ce ai încercat să stabilești în problemă? Ai analizat partea stabilă? Dar asociativitatea? Ai explicitat modulul?

      Ștergere
  4. Mă scuza-ți, dar cum aflu partea stabilă și cum explicizez modulul?

    RăspundețiȘtergere
    Răspunsuri
    1. Hmmm... De unde ai problema? De ce trebuie s-o rezolvi? Nu e ușoară. Nu este pentru cei care pun asemenea întrebări.

      Ștergere

Exprimați-vă părerea despre articol sau cereți lămuriri suplimentare, ca să transmitem cât mai multă informație celor care au nevoie de ea.

Comentariul va apărea după un anumit interval de timp necesar moderării.