- 세상의 모든 계산기 수학, 과학, 공학 이야기 수학 ()
변곡점(變曲點, inflection point)
-
- 2024.07.10 - 10:43 2024.07.09 - 09:36 2865 2
변곡점의 정의
변곡점(變曲點, inflection point)은 곡선의 곡률이 부호를 바꾸는 점을 말합니다.
좀 더 구체적으로, 곡선 \( y = f(x) \)에 대해 다음 두 조건을 모두 만족하는 점 \( (a, f(a)) \)을 변곡점이라고 합니다:
1. \( f''(a) = 0 \) 또는 정의되지 않는다.
2. \( f''(x) \)가 \( x = a \)를 기준으로 좌우에서 부호가 바뀐다. 즉, \( x < a \)일 때 \( f''(x) \)와 \( x > a \)일 때 \( f''(x) \)의 부호가 다르다.
이를 통해 변곡점에서 곡선의 오목(콘케이브)과 볼록(컨벡스)의 특성이 바뀌게 됩니다.
예를 들어, \( y = x^3 \) 함수는 \( x = 0 \)에서 변곡점을 가집니다. 왜냐하면,
- \( f''(x) = 6x \)이고,
- \( f''(0) = 0 \)이며,
- \( x = 0 \)의 좌우에서 \( f''(x) \)의 부호가 바뀌기 때문입니다. \( x < 0 \)일 때 \( f''(x) < 0 \), \( x > 0 \)일 때 \( f''(x) > 0 \)입니다.
이러한 변곡점을 찾기 위해 2차 도함수 테스트(Second Derivative Test)를 사용하기도 합니다. 변곡점의 위치를 정확히 알아내기 위해서는 함수의 도함수를 계산하고 그 값을 분석하는 과정이 필요합니다.
특징
- 연속성: 변곡점에서 함수는 연속이어야 합니다.
- 미분 가능성: 변곡점에서 함수는 최소한 1차 미분 가능해야 합니다.
- 곡률 변화: 변곡점을 기준으로 함수의 곡률(curvature)이 바뀝니다. 즉, 그래프의 오목성(concavity)이 변화합니다.
- 접선의 특성: 변곡점에서의 접선은 함수 그래프를 관통합니다. 이 점을 제외한 다른 점에서는 접선이 함수 그래프와 한 점에서만 만납니다.
- 2차 도함수와의 관계: 대부분의 경우, 변곡점에서 2차 도함수(f''(x))가 0이 됩니다. 그러나 2차 도함수가 존재하지 않는 경우에도 변곡점이 될 수 있습니다.
- 3차 도함수의 역할: 만약 2차 도함수가 0이라면, 3차 도함수를 확인하여 실제로 변곡점인지 판단할 수 있습니다. 3차 도함수가 0이 아니라면 그 점은 변곡점입니다.
-
25
댓글2
-
세상의모든계산기
"4차 함수의 변곡점이 존재한다면, 그 도함수는 반드시 극대, 극소값을 가진다."라는 명제는 참인가?
### 명제
"4차 함수의 변곡점이 존재한다면, 그 도함수는 반드시 극대, 극소값을 가진다."
### 증명
1. **전제:**
- 4차 함수 \( f(x) = Ax^4 + Bx^3 + Cx^2 + Dx +E, (A \neq 0) \)의 변곡점이 존재한다.2. **변곡점의 조건:**
- 변곡점 \( a \)에서 \( f''(a) = 0 \)이면서, \( a \)의 좌우에서 \( f''(x) \)의 부호가 바뀐다.3. **2차 도함수 \( f''(x) \):**
- \( f''(x) \)는 4차 함수 \( f(x) \)의 두 번째 도함수로서 2차 함수의 형태이다.
- 따라서 \( f''(x) \)는 다음과 같은 형태를 가진다:
\[ f''(x) = 12Ax^2 + 6Bx + 2C \]
여기서 \( A \neq 0 \)이고, \( A \), \( B \), \( C \)는 4차 함수의 계수에 따른 상수이다.4. **2차 방정식의 성질:**
- \( f''(x) = 0 \)을 만족하는 \( α \)가 존재하고, \( α \)의 좌우에서 \( f''(x) \)의 부호가 바뀌므로 \( f''(x) = 0 \)을 만족하는 또 다른 실근 \( β \)가 반드시 존재해야 한다.
- 이는 2차 방정식 \( f''(x) = 0 \)이 서로 다른 두 실근 \( α \)와 \( β \)를 가진다는 것을 의미한다.5. **1차 도함수 \( f'(x) \):**
- \( f'(x) \)는 4차 함수 \( f(x) \)의 첫 번째 도함수로서 3차 함수의 형태이다.
- 3차 함수 \( f'(x) \)는 \( f''(x) = 0 \)이 되는 점 \( α \)와 \( β \)에서 극값(극대,극소 or 극소,극대)을 가진다.6. **결론:**
- 3차 함수 \( f'(x) \)는 극대값과 하나의 극소값을 가진다.
- 따라서, 4차 함수의 변곡점이 존재한다면, 그 도함수인 3차 함수 \( f'(x) \)는 반드시 극대와 극소값을 가진다. -
1
세상의모든계산기
반례) f'(x) = a*(x-α)*(x-β)^2 형태인 경우 ?
3차함수 f2(x) 는 극대, 극소를 모두 가짐.
따라서 반례 실패.
"4차함수가 극대/극소를 모두 가지는지 물은 것이 아님"
세상의모든계산기 님의 최근 댓글
2) 고정기준값 41에 대한 오차 제곱합 계산방법 이건 통계메뉴에서는 딱히 방법이 떠오르지 않네요. 질문하신 것과 같이 적은 갯수의 data라면 직접 입력하시는게 최선입니다. 하지만 DATA 갯수가 수십개 이상이라면? ㄴ 스프레드시트 기능을 이용하시는게 좋겠습니다. 【MENU】【8】 A열에 DATA 입력하고 B로 이동한 후 OPTN 【1】 Fill Formula 【ALPHA】키 방향키 숫자키 등을 이용해 수식 완성 C로 이동후 Formula 수식 입력 D의 빈공간으로 이동 후 OPTN 방향키 아래 누르다보면 Sum 보임 ALPHA 키 이용해서 수식 완성. : 기호는 MENU 버튼 바로 아래 있음 (ALPHA키로 입력) 【=】입력하면 최종결과 확인 * 주의 (B열, C열과 달리) D1 셀은 계산 결과인 951이 직접 입력된 상태이므로 DATA 수정후 recalculation 하여도 자동계산되지 않음. 자동계산을 위해서는 formula 형식으로 입력해야 함. 2026 10.27 1) 통계적 편차제곱합(평균 50.25기준) 입력 방법 【MENU】 【6】 【1】 로 1-var Stat 모드로 진입하여 【48】 【=】 【66】 【=】 【32】 【=】 【55】【=】 DATA 입력 【OPTN】 【3】 【▼】 【▼】 fx-570EX 기종에도 편차제곱합을 바로 보여주진 않습니다. 본문에 나온 것처럼 앞서 계산되어 저장된 각종 변수를 이용해 계산합니다. 【AC】【OPTN】【4】Statistics Calc 이 화면에서 다시 OPTN 하고 (메뉴가 3개로 줄어 있죠?) 여기서 방향키로 【▼】 아래를 내려보면 추가 메뉴가 있습니다. 4개 메뉴에는 각각 아래 하위 메뉴가 있습니다. 이 중에서 필요로 하는 것을 골라 계산하시면 되겠습니다. Variable 에 있는 값을 이용하면 다른 공식을 쓰셔도 됩니다. 2026 10.27 질문자님, 48,66,32,55 네 개 DATA 의 평균은 50.25라서 41은 평균이 아닙니다. 그래서 식을 두 가지로 나눠서 봐야 합니다. 1) 통계적 편차제곱합(평균 50.25기준)이면 답은 608.75 입니다. 2) 만약 41이라는 고정 기준값에 대한 제곱합을 구하시는 거면 식은 (48-41)²+... 이고 답은 951입니다. 원문에 +로 쓰신 건 -의 오타로 보입니다. 2026 10.27 본문의 변환 위젯에 사용된 전서체 폰트는 대만의 최고 학술 연구 기관인 중앙연구원(Academia Sinica)에서 제공하는 ‘숭희전체(崇羲篆體)’로 전통 한자 서체인 소전(小篆)을 현대 컴퓨터 폰트(글꼴)로 구축한 오픈소스 프로젝트로 개발되었습니다. https://xiaoxue.iis.sinica.edu.tw/chongxi/download.htm 2026 10.20 예제1) 예제2) 예제3) 추가옵션 2026 10.18