Feladat: 311. matematika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1951/november, 113 - 115. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Gyökös függvények, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1951/augusztus: 311. matematika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Előző közleményünkben láttuk, hogy bizonyos egyenlőtlenségek helyessége geometriailag nyilvánvaló abból, hogy valamely függvény görbéje (alulról nézve) konvex, ill. konkáv. Egyszerűbb függvényeknél ezt könnyű a függvény grafikus ábrázolása alapján megállapítani. Nézzük pl. a x függvényt. Ennek csak pozitív x értékekre van értelme. Görbéje egy vízszintes tengelyű parabola felső fele, tehát (alulról) konkáv görbe. A -x függvényt viszont ugyanennek a parabolának az alsó fele ábrázolja, tehát konvex görbe.
A x23 függvény ábrázolásánál a nagyon kis abszolút értékű számoknál kell sűrűn számítani függvényértéket, hogy kellően megbízható görbét rajzolhassunk. Ekkor azt vesszük észre, hogy az x=0 értékhez közeledve a görbe balról is, jobbról is hozzásímul az Y-tengely felső feléhez. Így a negatív x-ekre is konkáv a görbe, pozitív x-ekre is, de nem mondhatjuk azt, hogy az egész görbe konkáv, mert az x=0 helyen csúcsa van.
A x3 függvénynek ismét csak pozitív x-ekre van értelme és ilyenekre domború görbe ábrázolja, mely az Y-tengely közelében hozzásimul az X-tengelyhez.
Az 1x görbe képe, mint tudjuk, egyenlőszárú hiperbola, melynek két ága nagy abszolút értékű x-ekre az X-tengelyhez símul; 0-hoz közeli negatív x-ekre az Y-tengely alsó, pozitívokra a felső feléhez simul. A negatív x-ekhez tartozó görbeág konkáv, a pozitív x-ekhez tartozó konvex.
Lényegében ugyanez a helyzet az 1x3 függvénnyel is, csak annyi a különbség, hogy annak a görbéje az X-tengelyhez sokkal gyorsabban közeledik, az Y-tengelyhez viszont sokkal lassabban, mint az 1x görbe. Ez azonban nem változtat azon, hogy a görbe domború, ill. homorú.
A 2x görbéje és 10x-é is negatív x-ekre az X-tengelyhez símul, 0-nál az értéke 1, pozitív x-ekre pedig egyre rohamosabban növekszik. A két függvénygörbe egészen hasonló menetű; csak a 10x mindenütt erősebben növekszik, mint a 2x. Hasonló a görbéje minden 1-nél nagyobb alapszám hatványait ábrázoló görbének is. Minél közelebb van az alapszám 1-hez, annál kevésbbé meredeken fog emelkedni a függvény. Az 1 alapszámnak minden hatványa is, 1. Az y=1x=1 függvényt tehát egy vízszintes egyenes szemlélteti. Ha viszont az alapszám 1-nél kisebb pozitív szám, akkor a pozitív hatványai közelednek 0-hoz, negatív hatványai pedig minden határon túl nőnek, ha a kitevő abszolút értékét minden határon túl növeljük. A görbék most az 1-nél nagyobb alapokhoz tartozó görbék tükörképei az Y-tengelyre. Az összes ilyen görbék konvexek.
A lg x görbéje kis pozitív x-eknél nagy abszolút értékű negatív y értékektől meredeken emelkedik, x=1-nél átmetszi az X tengelyt, azután egyre kevésbbé meredeken emelkedik tovább. A görbe mindenütt konkáv.
A sinx és cosx függvényt hullámok ábrázolják. A hullámhegyek konkávok, a völgyek konvexek. Így az előbbi a 0xπ, a 2πx3π, általában a 2kπx(2k+1)π intervallumokban konkáv, a πx2π, 3πx4π, általában a (2k+1)πx(2k+2)π intervallumokban konvex; utóbbi függvény pedig a -π2xπ2, 3π2x5π2 és általában a 4k-12πx4k+12π intervallumokban konkáv, a π2x3π2, 5π2x7π2 és általában a 4k+12πx4k+32π intervallumokban konvex (k=0, ±1, ±2, ...).
Különleges szerepe van domborúság szempontjából az ax+b alakú függvényeknek, hiszen ezeket egyenes ábrázolja, tehát se nem domborúak, se nem homorúak. Tágabb értelemben viszont konvexnek is, konkávnak is tekinthetjük ezeket. Más függvény nem is bírhat ezzel a tulajdonsággal, csak aminek egyenes a képe.