本文研究了复合函数 $ y = \sqrt{x}\left(36x + \frac{80}{x}\right) $ 的定义域与值域,考察其单调性与凹凸性,运用导数工具判定函数的增减区间及凹凸区间,并依此勾勒出该函数的整体图像轮廓。
1、 函数有意义的前提条件
2、 由于含有 $ \sqrt{x} $,故要求 $ x \geq 0 $;又因表达式中存在 $ \frac{80}{x} $,分母不可为零,因此 $ x \neq 0 $。
3、 综合得函数的定义域为所有正实数,即 $ (0, +\infty) $。

4、 将原函数化简为 $ y = 36x^{3/2} + 80x^{-1/2} $,对其关于 $ x $ 求导,得到一阶导数:
$$
\frac{dy}{dx} = 54x^{1/2} - 40x^{-3/2}
$$
5、 令一阶导数为零,解方程 $ 54x^{1/2} = 40x^{-3/2} $,整理得 $ x^2 = \frac{20}{27} $。
6、 结合定义域 $ x > 0 $,取正根得临界点:
$$
x = \frac{2\sqrt{15}}{9} \approx 0.86
$$
7、 在区间 $ \left(0,\ \frac{2\sqrt{15}}{9}\right) $ 内,$ \frac{dy}{dx} < 0 $,函数 $ y $ 单调下降。
8、 在区间 $ \left[\frac{2\sqrt{15}}{9},\ +\infty\right) $ 上,$ \frac{dy}{dx} > 0 $,函数 $ y $ 单调上升。

9、 观察化简后的函数形式 $ y = 36x^{3/2} + 80x^{-1/2} $,对任意 $ x > 0 $,两项均为正,故函数值恒为正。
10、 进一步分析二阶导数可知,当 $ x > 0 $ 时,$ \frac{d^2y}{dx^2} > 0 $,函数在整个定义域内呈凸性(注:此处“凸”按数学标准定义,即二阶导数为正对应图像开口向上,亦称“下凸”或“凸向原点”;部分文献中“凹”“凸”术语相反,本文依常规微积分习惯,$ y'' > 0 $ 对应凸函数)。

11、 函数在边界处的极限行为及关键点取值构成五点示意图。

12、 综合上述性质,该函数的大致图像如下所示。


















