Logistisk funksjon vis at alltid stigende

Logistisk funksjon vis at alltid stigende

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Funksjonen ff er gitt ved

f(x)=61+exf(x) = \frac{6}{1 + e^{-x}}

Vis at grafen til ff alltid er stigende.

Begrunn at 0<f(x)<60 < f(x) < 6 for alle verdier av xx.

Vis ved regning at grafen til ff har vendepunkt i (0,3)(0, 3).

Lag en skisse av grafen til ff.

Fasit

f(x)>0f'(x) > 0 for alle xx, så grafen er alltid stigende.

0<f(x)<60 < f(x) < 6 for alle xx.

Vendepunkt i (0,3)\underline{\underline{(0, 3)}}.

Se skisse.

LøsningsforslagKI-generert

Vi deriverer f(x)=61+exf(x) = \dfrac{6}{1+e^{-x}} ved kvotientregelen. Det er praktisk å skrive f(x)=6(1+ex)1f(x) = 6\cdot(1+e^{-x})^{-1} og bruke kjerneregelen:

f(x)=6(1)(1+ex)2(ex)=6ex(1+ex)2f'(x) = 6 \cdot (-1) \cdot (1+e^{-x})^{-2} \cdot (-e^{-x}) = \frac{6e^{-x}}{(1+e^{-x})^2}

Vi ser at:

  • Telleren 6ex>06e^{-x} > 0 for alle xx (eksponentialfunksjonen er alltid positiv).
  • Nevneren (1+ex)2>0(1+e^{-x})^2 > 0 for alle xx (et kvadrat av et positivt tall).

Dermed er f(x)>0f'(x) > 0 for alle xx, og grafen til ff er alltid stigende.

Siden ex>0e^{-x} > 0 for alle xx, er nevneren 1+ex>1>01 + e^{-x} > 1 > 0.

Dermed er f(x)=61+ex<61=6f(x) = \dfrac{6}{1+e^{-x}} < \dfrac{6}{1} = 6.

Siden nevneren 1+ex>11 + e^{-x} > 1, er f(x)<6f(x) < 6.

Siden teller og nevner begge er positive, er f(x)>0f(x) > 0.

Altså er 0<f(x)<6\mathbf{0 < f(x) < 6} for alle verdier av xx.

(Når xx \to -\infty nærmer f(x)f(x) seg 00, og når x+x \to +\infty nærmer f(x)f(x) seg 66. Linjene y=0y = 0 og y=6y = 6 er horisontale asymptoter.)

Vi finner andrederivert. Fra a) er f(x)=6ex(1+ex)2f'(x) = 6e^{-x}(1+e^{-x})^{-2}.

Vi deriverer ved produktregelen:

f(x)=6[(ex)(1+ex)2+ex(2)(1+ex)3(ex)]f''(x) = 6\bigl[(-e^{-x})(1+e^{-x})^{-2} + e^{-x} \cdot (-2)(1+e^{-x})^{-3} \cdot (-e^{-x})\bigr] =6ex(1+ex)3[(1+ex)+2ex]= 6e^{-x}(1+e^{-x})^{-3}\bigl[-(1+e^{-x}) + 2e^{-x}\bigr] =6ex(2ex1ex)(1+ex)3=6ex(ex1)(1+ex)3= \frac{6e^{-x}(2e^{-x} - 1 - e^{-x})}{(1+e^{-x})^3} = \frac{6e^{-x}(e^{-x} - 1)}{(1+e^{-x})^3}

Vi setter f(x)=0f''(x) = 0:

Telleren 6ex(ex1)=06e^{-x}(e^{-x}-1) = 0 gir (siden ex0e^{-x} \neq 0):

ex1=0    ex=1    x=0e^{-x} - 1 = 0 \implies e^{-x} = 1 \implies x = 0

Fortegnsskifte: For x<0x < 0 er ex>1e^{-x} > 1, så (ex1)>0(e^{-x}-1) > 0, altså f(x)>0f''(x) > 0 (konveks). For x>0x > 0 er ex<1e^{-x} < 1, så (ex1)<0(e^{-x}-1) < 0, altså f(x)<0f''(x) < 0 (konkav). Det er et fortegnsskifte, så x=0x = 0 er et vendepunkt.

Funksjonsverdien er:

f(0)=61+e0=61+1=3f(0) = \frac{6}{1 + e^{0}} = \frac{6}{1+1} = 3

Grafen til ff har vendepunkt i (0,3)\underline{\underline{(0,\, 3)}}.

Grafen til ff har S-form (logistisk kurve): den er alltid stigende, nærmer seg y=0y = 0 fra oven for store negative xx-verdier, og nærmer seg y=6y = 6 nedenfra for store positive xx-verdier. Vendepunktet er i (0,3)(0, 3), der grafen skifter fra å være konveks til konkav.

Skisse av f

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som klart
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
Esc
Tilbake / avslutt