画出曲线 y=x3−4xy = x^3 - 4x 的草图,标出零点、极值点和拐点坐标。

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完整解法

1. 求曲线的零点(与x轴的交点)

令 y=0y = 0,即 x3−4x=0x^3 - 4x = 0。
因式分解得:x(x2−4)=x(x−2)(x+2)=0x(x^2 - 4) = x(x - 2)(x + 2) = 0。
解得:x1=−2x_1 = -2,x2=0x_2 = 0,x3=2x_3 = 2。
故曲线的零点坐标为 (−2,0)(-2, 0),(0,0)(0, 0),(2,0)(2, 0)。

2. 求一阶导数并确定驻点与极值点坐标

求一阶导数:y′=dydx=3x2−4y' = \dfrac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = 3x^2 - 4。
令 y′=0y' = 0,解得:x=±23=±233x = \pm \dfrac{2}{\sqrt{3}} = \pm \dfrac{2\sqrt{3}}{3}。
当 x=−233x = -\dfrac{2\sqrt{3}}{3} 时,y = \left(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3} ight)^3 - 4\left(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3} ight) = -\dfrac{24\sqrt{3}}{27} + \dfrac{8\sqrt{3}}{3} = \dfrac{16\sqrt{3}}{9}。
当 x=233x = \dfrac{2\sqrt{3}}{3} 时,y = \left(\dfrac{2\sqrt{3}}{3} ight)^3 - 4\left(\dfrac{2\sqrt{3}}{3} ight) = \dfrac{24\sqrt{3}}{27} - \dfrac{8\sqrt{3}}{3} = -\dfrac{16\sqrt{3}}{9}。
由于 y′y' 在 x=−233x = -\dfrac{2\sqrt{3}}{3} 左侧为正、右侧为负,故为极大值点 \left(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, \dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight);
y′y' 在 x=233x = \dfrac{2\sqrt{3}}{3} 左侧为负、右侧为正,故为极小值点 \left(\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, -\dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight)。

3. 求二阶导数并确定拐点坐标

求二阶导数:y′′=d2ydx2=6xy'' = \dfrac{\mathrm{d}^2 y}{\mathrm{d}x^2} = 6x。
令 y′′=0y'' = 0,解得 x=0x = 0。
当 x<0x < 0 时,y′′<0y'' < 0(曲线凹向向下);当 x>0x > 0 时,y′′>0y'' > 0(曲线凹向向上)。
因为二阶导数在 x=0x = 0 处改变符号,所以 x=0x = 0 对应点为拐点,坐标为 (0,0)(0, 0)。

4. 结合关键点坐标与渐近趋势画出曲线草图

  1. 坐标轴上标出零点 (−2,0)(-2, 0),(0,0)(0, 0),(2,0)(2, 0);
  2. 标出极大值点 \left(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, \dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight)(约 (−1.15,3.08)(-1.15, 3.08))与极小值点 \left(\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, -\dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight)(约 (1.15,−3.08)(1.15, -3.08));
  3. 标出拐点 (0,0)(0,0),注意到函数为奇函数(图象关于原点中心对称);
  4. 当 xo+∞x o +\infty 时 yo+∞y o +\infty,当 xo−∞x o -\infty 时 yo−∞y o -\infty;
  5. 用平滑曲线穿过上述所有关键点,完成草图绘制。
答案

零点坐标:(−2,0)(-2, 0),(0,0)(0, 0),(2,0)(2, 0)
极大值点坐标:\left(-\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, \dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight)
极小值点坐标:\left(\dfrac{2\sqrt{3}}{3}, -\dfrac{16\sqrt{3}}{9} ight)
拐点坐标:(0,0)(0, 0)
草图绘制:平滑三次曲线通过上述零点,在 x=−233x = -\dfrac{2\sqrt{3}}{3} 处达到极大值,在 x=233x = \dfrac{2\sqrt{3}}{3} 处达到极小值,以 (0,0)(0,0) 为对称中心与拐点,当 xo+∞x o +\infty 时 yo+∞y o +\infty,当 xo−∞x o -\infty 时 yo−∞y o -\infty。

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