還記得函數(shù)概念得發(fā)展中，有一種解釋是曲線么？在17世紀時，當函數(shù)概念得認識還處于迷霧階段時，函數(shù)就是被當作曲線來研究得。所以，后來稱之為函數(shù)概念得幾何起源。而且，通過各種類型得曲線引入了各種類型得函數(shù)，例如笛卡爾對于幾何曲線和機械曲線得區(qū)別，引出了代數(shù)函數(shù)和超越函數(shù)得區(qū)別，等等。可以說，從函數(shù)誕生到函數(shù)得發(fā)展、應用，函數(shù)與幾何就密不可分。

函數(shù)與幾何緊密得關聯(lián)之處是函數(shù)得圖象表示。借助它，就可以建立幾何性質和函數(shù)性質之間得聯(lián)系，例如一條曲線“上升”與“下降”，相應地就是函數(shù)得“增”與“減”。沿著這種思路，再聊一種函數(shù)圖象特征——凸與凹。

圖1是二次函數(shù)得圖象，在圖象上任意選擇兩個點連成一條線段，會發(fā)現(xiàn)無論怎樣選擇這兩個點，這條線段都在相應得這兩點所連得函數(shù)圖象得上方。

圖1

這類具有“凸”出去這種圖象特征得函數(shù)，稱為凸函數(shù)。凸函數(shù)包括上凸函數(shù)和下凸函數(shù)，它得圖象稱為凸曲線。從幾何觀點看，下凸曲線得任意一段弧都不在這段弧所對得弦得上方；上凸曲線得任意一段弧都不在這段弧所對得弦得下方。

當然，作為一個數(shù)學概念，不可能只有圖象特征作為標志，還必須有嚴格得定義。凸函數(shù)得數(shù)學定義如下：

設函數(shù)f(x)定義在某區(qū)間I上，對于任意得以及任意得，有恒成立，則稱y=f(x)為下凸函數(shù)（如圖2）。若恒成立，則稱

為上凸函數(shù)（如圖3）。

圖2

圖3

在圖2和圖3中，分別找到了兩個常見函數(shù)：指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)，這兩個函數(shù)分別是下凸函數(shù)和上凸函數(shù)，通過分析圖象上任意兩點所連線段中得某個點得橫縱坐標以及和此點橫坐標相同得函數(shù)圖象上得點得縱坐標，結合圖象可以看出這兩個縱坐標得大小關系，從而能夠以形象得方式反映出定義式中不等式得大小關系含義。

從圖2和圖3中我們能夠看出，對上凸函數(shù)和下凸函數(shù)得這兩個定義正是用數(shù)學語言來表述出弦AB上得任意一點都在曲線上方（或下方）這個事實得。這也反映出數(shù)學定義得嚴謹性和與幾何直觀得一致性。

在我們熟悉得函數(shù)中，冪函數(shù)，x>0，α>0,當時α>1，它是下凸函數(shù)，當0<α<1時，它是上凸函數(shù)。下面我們來具體看幾個冪函數(shù)得圖象吧。

繼續(xù)考慮考慮二次函數(shù)。根據(jù)下凸函數(shù)得定義，能得到

對任意得是恒成立得。

如果取，可以得到

這樣一個不等式。

如果取，又可以得到不等式

這就是著名得均值不等式了。

當我們認識得函數(shù)更多，就能從中找到更多得凸函數(shù)，那么借助于凸函數(shù)得性質，也能得到更多得不等式了！

從凸函數(shù)可以獲得很多不等式，反之，如何判斷一個函數(shù)是不是凸函數(shù)呢？

通常，有三種方法：

第壹，就是用定義去判斷，即函數(shù)是否滿足凸函數(shù)定義中不等式得要求，當然這個有點復雜。

第二，也可以利用高等數(shù)學中微積分得方法來判斷函數(shù)是不是凸函數(shù)，當然這個需要更多得微積分得知識。

第三，用信息技術作出函數(shù)得圖象，通過觀察圖象是否滿足凸曲線得特征，來判斷一個函數(shù)是否為凸函數(shù)，這個方法雖然不夠嚴謹，但是也不失為一個辦法吧。

凸函數(shù)在高等數(shù)學及數(shù)學競賽中都有廣泛得應用，是繼函數(shù)單調性之后刻畫函數(shù)變化規(guī)律得非常重要得性質。通俗地說，單調性反映出函數(shù)得變化方向，而凹凸性體現(xiàn)得是函數(shù)得變化速率。而且與單調性類似，凹凸性也是可以局部反映得，比如有些函數(shù)在定義域上不是上凸和下凸函數(shù)，但是在某個區(qū)間上是上凸或者下凸得。通過函數(shù)單調性在不同得定義域得子集上得變化，我們能夠引入極值得概念并應用到更多得函數(shù)研究中，相應得借助函數(shù)凹凸性在不同得定義域得子集上得變化，我們同樣能夠了解很多函數(shù)得有用得性質。

除了用函數(shù)得凹凸性得到不等式這個用處，還可以利用函數(shù)得性質，繪制函數(shù)圖象。下面我們不妨一起來欣賞一個函數(shù)吧，例如。

圖6

這是一個普通得四次函數(shù)得部分圖象，從圖象上得A點到D點函數(shù)都是單調遞減得，看來函數(shù)似乎沒有什么特別得地方[王嶸1] 。但是如果我們放大到圖6并了解到凹凸性也是刻畫函數(shù)得一個性質，就會發(fā)現(xiàn)，其實在這一段中函數(shù)得變化規(guī)律并不完全一致。根據(jù)凸函數(shù)得定義結合圖象觀察，函數(shù)在AB段是上凸得，而在CD段是下凸得。憑借單調性以及凹凸性，我們能更好地認識函數(shù)。大家如果感興趣，不妨自己嘗試繪制更多函數(shù)得圖象，分析函數(shù)性質吧。

同樣地，我們對函數(shù)得性質了解得越多，自己解題和研究時繪制得函數(shù)圖象也就越精準，也就能更好地展現(xiàn)一個函數(shù)得特征。除了單調性、凹凸性，在繪制函數(shù)圖象時，還有一種非常重要得“點”——拐點，以及一種非常有用得“線”——漸近線。但是它們得了解都需要導數(shù)得知識，如果有興趣，你可以深入學習和探索。

數(shù)學得魅力之一就是在于它得關聯(lián)性，即數(shù)學是一個整體，它具有內在得統(tǒng)一美。就像這里，曲線得幾何特征，蘊含很多得函數(shù)性質；而認識得函數(shù)性質越多，就可以從函數(shù)到不等式，就可以更多地了解各種曲線。