02.16 我來說一說“拐點”

我來說一說“拐點”

​讓我們先來看看當我們開車經過如上圖這樣的一段S形路時會發生什麼。


為了讓車輛沿著道路行駛,我們在A處首先微微向左轉動方向盤,這時汽車就會向左轉彎,然後保持在車道內行駛。憑藉我們在駕校訓練得到的經驗,我們不用多加思索就知道當汽車經過B點時,我們應該平穩回正方向盤,之後緊接著繼續向右微微轉動方向盤,這時汽車便能向右轉彎,然後繼續平穩地沿著車道駛過S形道路的後半段。(A~B之間方向盤的方向其實沒有變化,也就是說“沒有拐”。)


注意到B點發生了什麼嗎?在B點處我們將方向盤回正了。B點之前的AB段,汽車的方向盤是處於左轉狀態;而B點之後的BC段,汽車的方向盤是右轉的狀態。在B點處,方向盤經歷了從偏左到回正再到偏向右的變化。也就是說,B點處汽車經歷了從左轉狀態到右轉狀態的狀態轉化。這也正是拐點這個詞的來歷,它表示了汽車行駛狀態在該處會發生變化,也就是拐了一個彎。(也就是說B點方向盤方向發生了變化,“拐了”)

我來說一說“拐點”

拐了、拐了


需要注意的是,不論是AB段還是BC段,汽車的位置始終都在向左偏移。換句話說,隨著汽車不斷前進,汽車的位置越來越靠左了。當我們最終完全駛過S型路段之後,汽車的行駛方向未發生變化,但位置和之前相比更靠左方了。


D點和E點雖然是看上去汽車方向發生最大的偏轉的位置,但其實方向並沒有切換。在駕駛過程中,方向盤方向發生變化,同時,車輪方向發生變化的點是B點。


車輪偏轉方向切換的點,我們把定義成拐點的話。從行車軌跡上來說,也就是行車軌跡形狀的凹凸改變的點。所以數學上更嚴謹的定義是:

拐點:使函數凹凸性改變的點。


那麼首先我們來解釋一下,什麼是凹凸。一般來說,凹凸是個定性的詞彙,並不是個定量的詞彙。我們一眼看上去是凹的,就是凹的,一眼看上去是凸的。

我來說一說“拐點”


但是有的函數往往不會是一直凹的,也不會是一直凸的。

我來說一說“拐點”

我們似乎很難找到那個由凸轉凹的分界線,也很難找到由凹轉凸的分界線。


我們想找到凹凸切換的準確的點。我們首先要把,凹凸給定量描述,而不能感性的定性描述。


我們知道,我們想看一個平面是凸的,還是凹的,就是用一個直尺放在這個平面上,如果兩邊接觸,而中間沒接觸,則為凹的;相反,如果中間接觸,而兩邊不接觸,則為凸的。


數學上也是運用了一樣的原理。


凹凸性的定義

我來說一說“拐點”

我來說一說“拐點”


一階導數就是函數切線。一個函數的拐點可能是二階導數為0的點,也有可能是二階不可導點。至於為什麼拐點處二階導數為0,是這樣的,一階導數描述函數的變化,二階導數描述一階導數的變化,也就是斜率的變化情況,拐點處斜率大小由遞增變為遞減,或者由遞減變為遞增,這樣自然二階導數為0了。

我來說一說“拐點”

我來說一說“拐點”

所以,通俗的說,拐點只是走向變化了,並不代表開始減少了。並且時候斜率突變,你也不知道往哪個方向拐。


你不知道函數式,其實是不能預測拐點。


能夠預測拐點,其實也不能預測函數的斜率,也不能預測函數的最大值和最小值。


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