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Función matemática para un gráfico dado.

Tengo dos gráficos hipotéticos para los que estoy tratando de obtener una función matemática. ¿Hay alguna sugerencia sobre qué función matemática puedo utilizar? Puedo usar funciones a trozos.

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Para este gráfico, estoy utilizando alguna versión de $Exp[-x]$ . Sin embargo, no estoy siendo capaz de obtener la pendiente cero en X =1. Tampoco estoy obteniendo Y = 0 en X =1.

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Para la segunda gráfica, he intentado utilizar la función tan hiperbólica pero no lo he conseguido.

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De la lectura de los comentarios he entendido que es difícil conseguir una función que se ajuste exactamente a mi gráfica. Hay algunas funciones en las que la pendiente puede ser aproximadamente igual a lo que busco?

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Tim Ford Puntos 431

Lo que se suele hacer en estas situaciones es crear precisamente lo que se necesita y luego desarrollarlo a partir de ahí. Para la primera utilizamos la función signum o signo $\operatorname{sgn}(x)$ destinado a $1$ . Voy a explicar lo que estoy haciendo para que quede claro.

Necesitas $-x+1$ hasta $1$ y luego en $y=0$ .

Observe que $$\frac{1}{2}(1 \pm \operatorname{sgn}(x))$$ está cortando el lado izquierdo o derecho dependiendo del signo en $1\pm$ . Necesitamos que el lateral derecho se vaya después de $1$ . Primero necesitamos $\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x))$ y luego tenemos que desplazarlo por $1$ o

$$\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x-1))$$

En conjunto, la función es

$$f(x)=\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x-1))(1-x)$$

Ahora viene la parte en la que quieres tener $f'(x)=0$ en $1$ . Pero esto es algo complicado porque si ese es el primer valor extremo, entonces hay que tener otro antes de llegar a $0$ de nuevo. Así que tengo que asumir que se necesita un pequeño min positivo en $1$ .

Antes de eso, si quieres una versión más suave de $\operatorname{sgn}(x)$ tiene bastantes opciones como $\operatorname{sgn}(x)=\frac{x}{\sqrt{x^2+\epsilon}}$ para algunos pequeños $\epsilon$ .

Técnicamente hablando, su función deseada es ésta:

$$f(x)=\lim_{\epsilon \to 0} \frac{1}{2}(1 - \frac{x-1}{\sqrt{(x-1)^2+\epsilon}})(1-x)$$

sin ese mínimo en $1$ . Puedes quedarte con este si quieres.

Ahora para el mínimo se necesita una función que sea $1$ en todas partes excepto en $0$ donde está $0$ . Eso sería lo ideal, ya que podemos cambiarlo a $1$ y ahí vamos. Similar a $\operatorname{sgn}(x)$ Podríamos construir una función de este tipo, pero partamos de algo parecido. Ahora se pueden utilizar muchas funciones en su lugar, pero esta es probablemente la forma más sencilla posible

$$g(x)=\frac{x^2}{x^2+1}$$

Claro, esta función es $0$ en $0$ y en algún lugar de sus alrededores se convierte en $1$ . Si añade $k \gg 1$ se convertirá en algo tan apretado como usted quiera alrededor de $0$ .

$$g_k(x)=\frac{kx^2}{kx^2+1}$$

No olvides que lo necesitamos desplazado por lo que ahora la función completa es

$$f_k(x)=\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x-1))(1-x)\frac{k(x-1)^2}{k(x-1)^2+1}$$

Lo bueno de esta función es que es suave independientemente de $\operatorname{sgn}(x)$ .

Por supuesto, se trata de una familia de funciones, pero esto se debe a que no se puede tener $f'(x)=0$ después de algún punto indefinidamente y la función para ser suave y no constante. Así que constante $k$ está compensando, creará una pequeña protuberancia alrededor de $1$ que puede regular.

Observe que su función es $\lim\limits_{k \to \infty} f_k(x)$

Ahora viene la segunda función. Bueno, ya deberías ser capaz de hacerlo tú mismo, ¿no?

La primera parte es bastante clara

$$f(x)=\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x-1))(1-\frac{1}{2}x)$$

Necesitas un corte en $1$ y la pendiente es $-0.5$ .

El resto es entonces lo mismo que antes, así que en total el cambio es minúsculo:

$$f_k(x)=\frac{1}{2}(1 - \operatorname{sgn}(x-1))(1-\frac1{2}x)\frac{k(x-1)^2}{k(x-1)^2+1}$$

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