KI-generert løsningsforslag. Dette løsningsforslaget er skrevet av en språkmodell (Claude) og er ikke verifisert av lærer. Det kan inneholde regnefeil, upresis bruk av begreper eller mangler.
a)
Vi deriverer f ( x ) = 6 1 + e − x f(x) = \dfrac{6}{1+e^{-x}} f ( x ) = 1 + e − x 6 ved kvotientregelen. Det er praktisk å skrive f ( x ) = 6 ⋅ ( 1 + e − x ) − 1 f(x) = 6\cdot(1+e^{-x})^{-1} f ( x ) = 6 ⋅ ( 1 + e − x ) − 1 og bruke kjerneregelen:
f ′ ( x ) = 6 ⋅ ( − 1 ) ⋅ ( 1 + e − x ) − 2 ⋅ ( − e − x ) = 6 e − x ( 1 + e − x ) 2 f'(x) = 6 \cdot (-1) \cdot (1+e^{-x})^{-2} \cdot (-e^{-x}) = \frac{6e^{-x}}{(1+e^{-x})^2} f ′ ( x ) = 6 ⋅ ( − 1 ) ⋅ ( 1 + e − x ) − 2 ⋅ ( − e − x ) = ( 1 + e − x ) 2 6 e − x
Vi ser at:
Telleren 6 e − x > 0 6e^{-x} > 0 6 e − x > 0 for alle x x x (eksponentialfunksjonen er alltid positiv).
Nevneren ( 1 + e − x ) 2 > 0 (1+e^{-x})^2 > 0 ( 1 + e − x ) 2 > 0 for alle x x x (et kvadrat av et positivt tall).
Dermed er f ′ ( x ) > 0 f'(x) > 0 f ′ ( x ) > 0 for alle x x x , og grafen til f f f er alltid stigende .
b)
Siden e − x > 0 e^{-x} > 0 e − x > 0 for alle x x x , er nevneren 1 + e − x > 1 > 0 1 + e^{-x} > 1 > 0 1 + e − x > 1 > 0 .
Dermed er f ( x ) = 6 1 + e − x < 6 1 = 6 f(x) = \dfrac{6}{1+e^{-x}} < \dfrac{6}{1} = 6 f ( x ) = 1 + e − x 6 < 1 6 = 6 .
Siden nevneren 1 + e − x > 1 1 + e^{-x} > 1 1 + e − x > 1 , er f ( x ) < 6 f(x) < 6 f ( x ) < 6 .
Siden teller og nevner begge er positive, er f ( x ) > 0 f(x) > 0 f ( x ) > 0 .
Altså er 0 < f ( x ) < 6 \mathbf{0 < f(x) < 6} 0 < f ( x ) < 6 for alle verdier av x x x .
(Når x → − ∞ x \to -\infty x → − ∞ nærmer f ( x ) f(x) f ( x ) seg 0 0 0 , og når x → + ∞ x \to +\infty x → + ∞ nærmer f ( x ) f(x) f ( x ) seg 6 6 6 . Linjene y = 0 y = 0 y = 0 og y = 6 y = 6 y = 6 er horisontale asymptoter.)
c)
Vi finner andrederivert. Fra a) er f ′ ( x ) = 6 e − x ( 1 + e − x ) − 2 f'(x) = 6e^{-x}(1+e^{-x})^{-2} f ′ ( x ) = 6 e − x ( 1 + e − x ) − 2 .
Vi deriverer ved produktregelen:
f ′ ′ ( x ) = 6 [ ( − e − x ) ( 1 + e − x ) − 2 + e − x ⋅ ( − 2 ) ( 1 + e − x ) − 3 ⋅ ( − e − x ) ] f''(x) = 6\bigl[(-e^{-x})(1+e^{-x})^{-2} + e^{-x} \cdot (-2)(1+e^{-x})^{-3} \cdot (-e^{-x})\bigr] f ′′ ( x ) = 6 [ ( − e − x ) ( 1 + e − x ) − 2 + e − x ⋅ ( − 2 ) ( 1 + e − x ) − 3 ⋅ ( − e − x ) ]
= 6 e − x ( 1 + e − x ) − 3 [ − ( 1 + e − x ) + 2 e − x ] = 6e^{-x}(1+e^{-x})^{-3}\bigl[-(1+e^{-x}) + 2e^{-x}\bigr] = 6 e − x ( 1 + e − x ) − 3 [ − ( 1 + e − x ) + 2 e − x ]
= 6 e − x ( 2 e − x − 1 − e − x ) ( 1 + e − x ) 3 = 6 e − x ( e − x − 1 ) ( 1 + e − x ) 3 = \frac{6e^{-x}(2e^{-x} - 1 - e^{-x})}{(1+e^{-x})^3} = \frac{6e^{-x}(e^{-x} - 1)}{(1+e^{-x})^3} = ( 1 + e − x ) 3 6 e − x ( 2 e − x − 1 − e − x ) = ( 1 + e − x ) 3 6 e − x ( e − x − 1 )
Vi setter f ′ ′ ( x ) = 0 f''(x) = 0 f ′′ ( x ) = 0 :
Telleren 6 e − x ( e − x − 1 ) = 0 6e^{-x}(e^{-x}-1) = 0 6 e − x ( e − x − 1 ) = 0 gir (siden e − x ≠ 0 e^{-x} \neq 0 e − x = 0 ):
e − x − 1 = 0 ⟹ e − x = 1 ⟹ x = 0 e^{-x} - 1 = 0 \implies e^{-x} = 1 \implies x = 0 e − x − 1 = 0 ⟹ e − x = 1 ⟹ x = 0
Fortegnsskifte: For x < 0 x < 0 x < 0 er e − x > 1 e^{-x} > 1 e − x > 1 , så ( e − x − 1 ) > 0 (e^{-x}-1) > 0 ( e − x − 1 ) > 0 , altså f ′ ′ ( x ) > 0 f''(x) > 0 f ′′ ( x ) > 0 (konveks). For x > 0 x > 0 x > 0 er e − x < 1 e^{-x} < 1 e − x < 1 , så ( e − x − 1 ) < 0 (e^{-x}-1) < 0 ( e − x − 1 ) < 0 , altså f ′ ′ ( x ) < 0 f''(x) < 0 f ′′ ( x ) < 0 (konkav). Det er et fortegnsskifte, så x = 0 x = 0 x = 0 er et vendepunkt.
Funksjonsverdien er:
f ( 0 ) = 6 1 + e 0 = 6 1 + 1 = 3 f(0) = \frac{6}{1 + e^{0}} = \frac{6}{1+1} = 3 f ( 0 ) = 1 + e 0 6 = 1 + 1 6 = 3
Grafen til f f f har vendepunkt i ( 0 , 3 ) ‾ ‾ \underline{\underline{(0,\, 3)}} ( 0 , 3 ) .
d)
Grafen til f f f har S-form (logistisk kurve): den er alltid stigende, nærmer seg y = 0 y = 0 y = 0 fra oven for store negative x x x -verdier, og nærmer seg y = 6 y = 6 y = 6 nedenfra for store positive x x x -verdier. Vendepunktet er i ( 0 , 3 ) (0, 3) ( 0 , 3 ) , der grafen skifter fra å være konveks til konkav.