Analysis Beispiele

$f (x) = 2 \sec (x)$

Schritt 1

Ermittle die erste Ableitung der Funktion.

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Schritt 1.1

Da $2$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $2 \sec (x)$ nach $x$ gleich $2 \frac{d}{d x} [\sec (x)]$ .

$2 \frac{d}{d x} [\sec (x)]$

Schritt 1.2

Die Ableitung von $\sec (x)$ nach $x$ ist $\sec (x) \tan (x)$ .

$2 \sec (x) \tan (x)$

Schritt 2

Ermittle die zweite Ableitung der Funktion.

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Schritt 2.1

Da $2$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $2 \sec (x) \tan (x)$ nach $x$ gleich $2 \frac{d}{d x} [\sec (x) \tan (x)]$ .

$f'' (x) = 2 \frac{d}{d x} (\sec (x) \tan (x))$

Schritt 2.2

Differenziere unter Anwendung der Produktregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ gleich $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ ist mit $f (x) = \sec (x)$ und $g (x) = \tan (x)$ .

$f'' (x) = 2 (\sec (x) \frac{d}{d x} (\tan (x)) + \tan (x) \frac{d}{d x} (\sec (x)))$

Schritt 2.3

Die Ableitung von $\tan (x)$ nach $x$ ist $\sec^{2} (x)$ .

$f'' (x) = 2 (\sec (x) \sec^{2} (x) + \tan (x) \frac{d}{d x} (\sec (x)))$

Schritt 2.4

Multipliziere $\sec (x)$ mit $\sec^{2} (x)$ durch Addieren der Exponenten.

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Schritt 2.4.1

Mutltipliziere $\sec (x)$ mit $\sec^{2} (x)$ .

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Schritt 2.4.1.1

Potenziere $\sec (x)$ mit $1$ .

$f'' (x) = 2 (\sec (x) \sec^{2} (x) + \tan (x) \frac{d}{d x} (\sec (x)))$

Schritt 2.4.1.2

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$f'' (x) = 2 ({\sec (x)}^{1 + 2} + \tan (x) \frac{d}{d x} (\sec (x)))$

Schritt 2.4.2

Addiere $1$ und $2$ .

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + \tan (x) \frac{d}{d x} (\sec (x)))$

Schritt 2.5

Die Ableitung von $\sec (x)$ nach $x$ ist $\sec (x) \tan (x)$ .

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + \tan (x) (\sec (x) \tan (x)))$

Schritt 2.6

Potenziere $\tan (x)$ mit $1$ .

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + \tan (x) \tan (x) \sec (x))$

Schritt 2.7

Potenziere $\tan (x)$ mit $1$ .

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + \tan (x) \tan (x) \sec (x))$

Schritt 2.8

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + {\tan (x)}^{1 + 1} \sec (x))$

Schritt 2.9

Addiere $1$ und $1$ .

$f'' (x) = 2 (\sec^{3} (x) + \tan^{2} (x) \sec (x))$

Schritt 2.10

Vereinfache.

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Schritt 2.10.1

Wende das Distributivgesetz an.

$f'' (x) = 2 \sec^{3} (x) + 2 (\tan^{2} (x) \sec (x))$

Schritt 2.10.2

Stelle die Terme um.

$f'' (x) = 2 \tan^{2} (x) \sec (x) + 2 \sec^{3} (x)$

Schritt 3

Um die lokalen Maximum- und Minimumwerte einer Funktion zu ermitteln, setze die Ableitung gleich $0$ und löse die Gleichung.

$2 \sec (x) \tan (x) = 0$

Schritt 4

Wenn irgendein einzelner Faktor auf der linken Seite der Gleichung gleich $0$ ist, dann ist der ganze Ausdruck gleich $0$ .

$\sec (x) = 0$

$\tan (x) = 0$

Schritt 5

Setze $\sec (x)$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 5.1

Setze $\sec (x)$ gleich $0$ .

$\sec (x) = 0$

Schritt 5.2

Der Wertebereich des Sekans ist $y \leq - 1$ und $y \geq 1$ . Da $0$ nicht in diesen Bereich fällt, gibt es keine Lösung.

Keine Lösung

Schritt 6

Setze $\tan (x)$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 6.1

Setze $\tan (x)$ gleich $0$ .

$\tan (x) = 0$

Schritt 6.2

Löse $\tan (x) = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 6.2.1

Wende den inversen Tangens auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Tangens herauszuziehen.

$x = \arctan (0)$

Schritt 6.2.2

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 6.2.2.1

Der genau Wert von $\arctan (0)$ ist $0$ .

$x = 0$

Schritt 6.2.3

Die Tangensfunktion ist im ersten und dritten Quadranten positiv. Um die zweite Lösung zu finden, addiere den Referenzwinkel von $π$ , um die Lösung im vierten Quadranten zu ermitteln.

$x = π + 0$

Schritt 6.2.4

Addiere $π$ und $0$ .

$x = π$

Schritt 6.2.5

Die Lösung der Gleichung $x = 0$ .

$x = 0, π$

Schritt 7

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $2 \sec (x) \tan (x) = 0$ wahr machen.

$x = 0, π$

Schritt 8

Berechne die zweite Ableitung an der Stelle $x = 0$ . Wenn die zweite Ableitung positiv ist, dann ist dies ein lokales Minimum. Wenn sie negativ ist, dann ist dies ein lokales Maximum.

$2 \tan^{2} (0) \sec (0) + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9

Berechne die zweite Ableitung.

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Schritt 9.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 9.1.1

Der genau Wert von $\tan (0)$ ist $0$ .

$2 \cdot 0^{2} \sec (0) + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9.1.2

$0$ zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt $0$ .

$2 \cdot 0 \sec (0) + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9.1.3

Mutltipliziere $2$ mit $0$ .

$0 \sec (0) + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9.1.4

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$0 \cdot 1 + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9.1.5

Mutltipliziere $0$ mit $1$ .

$0 + 2 \sec^{3} (0)$

Schritt 9.1.6

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$0 + 2 \cdot 1^{3}$

Schritt 9.1.7

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$0 + 2 \cdot 1$

Schritt 9.1.8

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$0 + 2$

Schritt 9.2

Addiere $0$ und $2$ .

$2$

Schritt 10

$x = 0$ ist ein lokales Minimum, weil der Wert der zweiten Ableitung positiv ist. Dies wird auch der Prüfung der zweiten Ableitung genannt.

$x = 0$ ist ein lokales Minimum

Schritt 11

Ermittele den y-Wert, wenn $x = 0$ .

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Schritt 11.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $0$ .

$f (0) = 2 \sec (0)$

Schritt 11.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 11.2.1

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$f (0) = 2 \cdot 1$

Schritt 11.2.2

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$f (0) = 2$

Schritt 11.2.3

Die endgültige Lösung ist $2$ .

$y = 2$

Schritt 12

Berechne die zweite Ableitung an der Stelle $x = π$ . Wenn die zweite Ableitung positiv ist, dann ist dies ein lokales Minimum. Wenn sie negativ ist, dann ist dies ein lokales Maximum.

$2 \tan^{2} (π) \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13

Berechne die zweite Ableitung.

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Schritt 13.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 13.1.1

Wende den Referenzwinkel an, indem du den Winkel mit den entsprechenden trigonometrischen Werten im ersten Quadranten findest. Kehre das Vorzeichen des Ausdrucks um, da der Tangens im zweiten Quadranten negativ ist.

$2 {(- \tan (0))}^{2} \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.2

Der genau Wert von $\tan (0)$ ist $0$ .

$2 {(- 0)}^{2} \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $0$ .

$2 \cdot 0^{2} \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.4

$0$ zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt $0$ .

$2 \cdot 0 \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.5

Mutltipliziere $2$ mit $0$ .

$0 \sec (π) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.6

Wende den Referenzwinkel an, indem du den Winkel mit den entsprechenden trigonometrischen Werten im ersten Quadranten findest. Kehre das Vorzeichen des Ausdrucks um, da der Sekans im zweiten Quadranten negativ ist.

$0 (- \sec (0)) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.7

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$0 (- 1 \cdot 1) + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.8

Multipliziere $0 (- 1 \cdot 1)$ .

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Schritt 13.1.8.1

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$0 \cdot - 1 + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.8.2

Mutltipliziere $0$ mit $- 1$ .

$0 + 2 \sec^{3} (π)$

Schritt 13.1.9

$0 + 2 {(- \sec (0))}^{3}$

Schritt 13.1.10

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$0 + 2 {(- 1 \cdot 1)}^{3}$

Schritt 13.1.11

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$0 + 2 {(- 1)}^{3}$

Schritt 13.1.12

Potenziere $- 1$ mit $3$ .

$0 + 2 \cdot - 1$

Schritt 13.1.13

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$0 - 2$

Schritt 13.2

Subtrahiere $2$ von $0$ .

$- 2$

Schritt 14

$x = π$ ist ein lokales Maximum, weil der Wert der zweiten Ableitung negativ ist. Dies wird auch Prüfung der zweiten Ableitung genannt.

$x = π$ ist ein lokales Maximum

Schritt 15

Ermittele den y-Wert, wenn $x = π$ .

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Schritt 15.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $π$ .

$f (π) = 2 \sec (π)$

Schritt 15.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 15.2.1

$f (π) = 2 (- \sec (0))$

Schritt 15.2.2

Der genau Wert von $\sec (0)$ ist $1$ .

$f (π) = 2 (- 1 \cdot 1)$

Schritt 15.2.3

Multipliziere $2 (- 1 \cdot 1)$ .

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Schritt 15.2.3.1

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$f (π) = 2 \cdot - 1$

Schritt 15.2.3.2

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$f (π) = - 2$

Schritt 15.2.4

Die endgültige Lösung ist $- 2$ .

$y = - 2$

Schritt 16

Dies sind die lokalen Extrema für $f (x) = 2 \sec (x)$ .

$(0, 2)$ ist ein lokales Minimum

$(π, - 2)$ ist ein lokales Maximum

Schritt 17