グラフの凹凸と変曲点を決める第 2 次導関数の符号
同じ増加でも、勢いを増しながら上がる場合と、勢いを落としながら上がる場合があります。この違いが凹凸です。
の区間では下に凸、 の区間では上に凸になります[1]。
下に凸なら接線は曲線の下を通り、上に凸なら上を通る。接線と曲線の位置関係が、そのまま凹凸の言い換えになります。
接線の色が変わる位置が、凹凸の境目です。左半分では接線が曲線の上にあり、右半分では下に移ります。
変曲点
凹凸が入れかわる点を変曲点といいます[2]。連続な関数について、そこで曲がり方の向きが変わる。
変曲点では になります。ただし、それだけでは足りません。 が符号を変えることまで要ります。

ふつうの点では、接線は曲線の片側にとどまります。変曲点だけは例外で、接線がグラフを横切る[2]。
例:3 次関数の変曲点
を調べます[1]。 回微分します。
から です。 で負、 で正なので、符号が変わっています。
なので、変曲点は 。 次関数の変曲点は つだけで、グラフはその点について対称になります。
だけでは足りない
を見ます。 なので です。
ところが は の前後でどちらも正。符号が変わらないので、原点は変曲点ではありません。
のグラフは全体が下に凸です。底が平らに見えるだけで、曲がり方の向きは変わっていない。
の変曲点の 座標はどれか。
- だけ
例:指数関数の変曲点
を調べます。釣鐘の形をしたグラフです。
はつねに正なので、符号は で決まります。 が変曲点。
山の頂上と裾のあいだで、曲がり方が変わっています。統計で使う正規分布のグラフも同じ形で、変曲点の位置が広がりの目安になります。
例:対数関数と分数関数
は なので、定義域全体で上に凸です。変曲点はありません。
は です。 で下に凸、 で上に凸。
符号は の前後で変わりますが、そこは定義域の外。変曲点とは呼びません。定義域を確かめる手順が要る例です。

どちらも原点で になります。左は符号が変わるので変曲点、右は変わらないので違います。
凹凸から不等式が出る
下に凸な関数は、接線より上にあります。この位置関係が、そのまま不等式になる。
は なので下に凸です。 での接線は 。
等号は のときだけ成り立ちます。凹凸を調べておくと、こうした評価が図から読めます。
である区間について正しいものはどれか。
- 関数は必ず減少する
- グラフは上に凸になる
- 関数は必ず極大値をとる
の符号が決めるのは曲がり方で、増減ではありません。負なら上に凸で、接線は曲線の上を通ります。増減は の符号が決めます。
増減表に凹凸を足す
増減表に の段を足すと、グラフの形がほぼ決まります。
上がり方が 通りに分かれます。増えながら下に凸、増えながら上に凸、減りながら下に凸、減りながら上に凸。この つを描き分けられれば、概形はほぼ完成です。











f′′(x)=12x2−12=12(x+1)(x−1) です。x=±1 で 0 になり、前後で符号も変わります。x=0 は f′(x)=0 になる点で、こちらは極大です。