Analysis Beispiele

$f (x) = x^{5} - 5 x^{3} - 20 x - 2$

Schritt 1

Ermittle die erste Ableitung der Funktion.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1

Differenziere.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{5} - 5 x^{3} - 20 x - 2$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.1.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 5$ .

$5 x^{4} + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [- 5 x^{3}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.2.1

Da $- 5$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 5 x^{3}$ nach $x$ gleich $- 5 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$5 x^{4} - 5 \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.2.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 3$ .

$5 x^{4} - 5 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.2.3

Mutltipliziere $3$ mit $- 5$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 20 x]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.3.1

Da $- 20$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 20 x$ nach $x$ gleich $- 20 \frac{d}{d x} [x]$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.3.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 1$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.3.3

Mutltipliziere $- 20$ mit $1$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 1.4

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.4.1

Da $- 2$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 2$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 + 0$

Schritt 1.4.2

Addiere $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$ und $0$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$

Schritt 2

Ermittle die zweite Ableitung der Funktion.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [5 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 15 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 20]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 15 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.2

Berechne $\frac{d}{d x} [5 x^{4}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.2.1

Da $5$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $5 x^{4}$ nach $x$ gleich $5 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$f'' (x) = 5 \frac{d}{d x} (x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 15 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.2.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 4$ .

$f'' (x) = 5 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 15 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.2.3

Mutltipliziere $4$ mit $5$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} + \frac{d}{d x} (- 15 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 15 x^{2}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.3.1

Da $- 15$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 15 x^{2}$ nach $x$ gleich $- 15 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 15 \frac{d}{d x} x^{2} + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.3.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 2$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 15 (2 x) + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.3.3

Mutltipliziere $2$ mit $- 15$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 30 x + \frac{d}{d x} (- 20)$

Schritt 2.4

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.4.1

Da $- 20$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 20$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 30 x + 0$

Schritt 2.4.2

Addiere $20 x^{3} - 30 x$ und $0$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 30 x$

Schritt 3

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

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 = 0$

Schritt 4

Bestimme die erste Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1

Bestimme die erste Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1.1

Differenziere.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{5} - 5 x^{3} - 20 x - 2$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.1.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 5$ .

$5 x^{4} + \frac{d}{d x} [- 5 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [- 5 x^{3}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1.2.1

Da $- 5$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 5 x^{3}$ nach $x$ gleich $- 5 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$5 x^{4} - 5 \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.2.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 3$ .

$5 x^{4} - 5 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.2.3

Mutltipliziere $3$ mit $- 5$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} + \frac{d}{d x} [- 20 x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 20 x]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1.3.1

Da $- 20$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 20 x$ nach $x$ gleich $- 20 \frac{d}{d x} [x]$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.3.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 1$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.3.3

Mutltipliziere $- 20$ mit $1$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 + \frac{d}{d x} [- 2]$

Schritt 4.1.4

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 4.1.4.1

Da $- 2$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 2$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 + 0$

Schritt 4.1.4.2

Addiere $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$ und $0$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$

Schritt 4.2

Die erste Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20$

Schritt 5

Setze die erste Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 = 0$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

$5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 = 0$

Schritt 5.2

Setze $u = x^{2}$ in die Gleichung ein. Das macht die Quadratformel leicht anzuwenden.

$5 u^{2} - 15 u - 20 = 0$

$u = x^{2}$

Schritt 5.3

Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.3.1

Faktorisiere $5$ aus $5 u^{2} - 15 u - 20$ heraus.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.3.1.1

Faktorisiere $5$ aus $5 u^{2}$ heraus.

$5 (u^{2}) - 15 u - 20 = 0$

Schritt 5.3.1.2

Faktorisiere $5$ aus $- 15 u$ heraus.

$5 (u^{2}) + 5 (- 3 u) - 20 = 0$

Schritt 5.3.1.3

Faktorisiere $5$ aus $- 20$ heraus.

$5 u^{2} + 5 (- 3 u) + 5 \cdot - 4 = 0$

Schritt 5.3.1.4

Faktorisiere $5$ aus $5 u^{2} + 5 (- 3 u)$ heraus.

$5 (u^{2} - 3 u) + 5 \cdot - 4 = 0$

Schritt 5.3.1.5

Faktorisiere $5$ aus $5 (u^{2} - 3 u) + 5 \cdot - 4$ heraus.

$5 (u^{2} - 3 u - 4) = 0$

Schritt 5.3.2

Faktorisiere.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.3.2.1

Faktorisiere $u^{2} - 3 u - 4$ unter der Verwendung der AC-Methode.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.3.2.1.1

Betrachte die Form $x^{2} + b x + c$ . Finde ein Paar ganzer Zahlen, deren Produkt $c$ und deren Summe $b$ ist. In diesem Fall, deren Produkt $- 4$ und deren Summe $- 3$ ist.

$- 4, 1$

Schritt 5.3.2.1.2

Schreibe die faktorisierte Form mithilfe dieser Ganzzahlen.

$5 ((u - 4) (u + 1)) = 0$

Schritt 5.3.2.2

Entferne unnötige Klammern.

$5 (u - 4) (u + 1) = 0$

Schritt 5.4

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

$u - 4 = 0$

$u + 1 = 0$

Schritt 5.5

Setze $u - 4$ gleich $0$ und löse nach $u$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.5.1

Setze $u - 4$ gleich $0$ .

$u - 4 = 0$

Schritt 5.5.2

Addiere $4$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$u = 4$

Schritt 5.6

Setze $u + 1$ gleich $0$ und löse nach $u$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.6.1

Setze $u + 1$ gleich $0$ .

$u + 1 = 0$

Schritt 5.6.2

Subtrahiere $1$ von beiden Seiten der Gleichung.

$u = - 1$

Schritt 5.7

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $5 (u - 4) (u + 1) = 0$ wahr machen.

$u = 4, - 1$

Schritt 5.8

Rücksubstituiere den tatsächlichen Wert von $u = x^{2}$ in die gelöste Gleichung.

$x^{2} = 4$

${(x^{2})}^{1} = - 1$

Schritt 5.9

Löse die erste Gleichung nach $x$ auf.

$x^{2} = 4$

Schritt 5.10

Löse die Gleichung nach $x$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.10.1

Ziehe die angegebene Wurzel auf beiden Seiten der Gleichung, um den Exponenten auf der linken Seite zu eliminieren.

$x = \pm \sqrt{4}$

Schritt 5.10.2

Vereinfache $\pm \sqrt{4}$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.10.2.1

Schreibe $4$ als $2^{2}$ um.

$x = \pm \sqrt{2^{2}}$

Schritt 5.10.2.2

Ziehe Terme aus der Wurzel heraus unter der Annahme positiver reeller Zahlen.

$x = \pm 2$

Schritt 5.10.3

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.10.3.1

Verwende zunächst den positiven Wert des $\pm$ , um die erste Lösung zu finden.

$x = 2$

Schritt 5.10.3.2

Als Nächstes verwende den negativen Wert von $\pm$ , um die zweite Lösung zu finden.

$x = - 2$

Schritt 5.10.3.3

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

$x = 2, - 2$

Schritt 5.11

Löse die zweite Gleichung nach $x$ auf.

${(x^{2})}^{1} = - 1$

Schritt 5.12

Löse die Gleichung nach $x$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.12.1

Entferne die Klammern.

$x^{2} = - 1$

Schritt 5.12.2

Ziehe die angegebene Wurzel auf beiden Seiten der Gleichung, um den Exponenten auf der linken Seite zu eliminieren.

$x = \pm \sqrt{- 1}$

Schritt 5.12.3

Schreibe $\sqrt{- 1}$ als $i$ um.

$x = \pm i$

Schritt 5.12.4

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.12.4.1

Verwende zunächst den positiven Wert des $\pm$ , um die erste Lösung zu finden.

$x = i$

Schritt 5.12.4.2

Als Nächstes verwende den negativen Wert von $\pm$ , um die zweite Lösung zu finden.

$x = - i$

Schritt 5.12.4.3

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

$x = i, - i$

Schritt 5.13

Die Lösung von $5 x^{4} - 15 x^{2} - 20 = 0$ ist $x = 2, - 2, i, - i$ .

$x = 2, - 2, i, - i$

Schritt 6

Ermittle die Werte, wo die Ableitung nicht definiert ist.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 6.1

Der Definitionsbereich umfasst alle reellen Zahlen, ausgenommen jene, für die der Ausdruck nicht definiert ist. In diesem Fall gibt es keine reellen Zahlen, für die der Ausdruck nicht definiert ist.

Schritt 7

Kritische Punkte zum auswerten.

$x = 2, - 2$

Schritt 8

Berechne die zweite Ableitung an der Stelle $x = 2$ . Wenn die zweite Ableitung positiv ist, dann ist dies ein lokales Minimum. Wenn sie negativ ist, dann ist dies ein lokales Maximum.

$20 {(2)}^{3} - 30 \cdot 2$

Schritt 9

Berechne die zweite Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 9.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 9.1.1

Potenziere $2$ mit $3$ .

$20 \cdot 8 - 30 \cdot 2$

Schritt 9.1.2

Mutltipliziere $20$ mit $8$ .

$160 - 30 \cdot 2$

Schritt 9.1.3

Mutltipliziere $- 30$ mit $2$ .

$160 - 60$

Schritt 9.2

Subtrahiere $60$ von $160$ .

$100$

Schritt 10

$x = 2$ ist ein lokales Minimum, weil der Wert der zweiten Ableitung positiv ist. Dies wird auch der Prüfung der zweiten Ableitung genannt.

$x = 2$ ist ein lokales Minimum

Schritt 11

Ermittele den y-Wert, wenn $x = 2$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 11.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $2$ .

$f (2) = {(2)}^{5} - 5 {(2)}^{3} - 20 \cdot 2 - 2$

Schritt 11.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 11.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 11.2.1.1

Potenziere $2$ mit $5$ .

$f (2) = 32 - 5 {(2)}^{3} - 20 \cdot 2 - 2$

Schritt 11.2.1.2

Potenziere $2$ mit $3$ .

$f (2) = 32 - 5 \cdot 8 - 20 \cdot 2 - 2$

Schritt 11.2.1.3

Mutltipliziere $- 5$ mit $8$ .

$f (2) = 32 - 40 - 20 \cdot 2 - 2$

Schritt 11.2.1.4

Mutltipliziere $- 20$ mit $2$ .

$f (2) = 32 - 40 - 40 - 2$

Schritt 11.2.2

Vereinfache durch Substrahieren von Zahlen.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 11.2.2.1

Subtrahiere $40$ von $32$ .

$f (2) = - 8 - 40 - 2$

Schritt 11.2.2.2

Subtrahiere $40$ von $- 8$ .

$f (2) = - 48 - 2$

Schritt 11.2.2.3

Subtrahiere $2$ von $- 48$ .

$f (2) = - 50$

Schritt 11.2.3

Die endgültige Lösung ist $- 50$ .

$y = - 50$

Schritt 12

Berechne die zweite Ableitung an der Stelle $x = - 2$ . Wenn die zweite Ableitung positiv ist, dann ist dies ein lokales Minimum. Wenn sie negativ ist, dann ist dies ein lokales Maximum.

$20 {(- 2)}^{3} - 30 \cdot - 2$

Schritt 13

Berechne die zweite Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 13.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 13.1.1

Potenziere $- 2$ mit $3$ .

$20 \cdot - 8 - 30 \cdot - 2$

Schritt 13.1.2

Mutltipliziere $20$ mit $- 8$ .

$- 160 - 30 \cdot - 2$

Schritt 13.1.3

Mutltipliziere $- 30$ mit $- 2$ .

$- 160 + 60$

Schritt 13.2

Addiere $- 160$ und $60$ .

$- 100$

Schritt 14

$x = - 2$ ist ein lokales Maximum, weil der Wert der zweiten Ableitung negativ ist. Dies wird auch Prüfung der zweiten Ableitung genannt.

$x = - 2$ ist ein lokales Maximum

Schritt 15

Ermittele den y-Wert, wenn $x = - 2$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 15.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $- 2$ .

$f (- 2) = {(- 2)}^{5} - 5 {(- 2)}^{3} - 20 \cdot - 2 - 2$

Schritt 15.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 15.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 15.2.1.1

Potenziere $- 2$ mit $5$ .

$f (- 2) = - 32 - 5 {(- 2)}^{3} - 20 \cdot - 2 - 2$

Schritt 15.2.1.2

Potenziere $- 2$ mit $3$ .

$f (- 2) = - 32 - 5 \cdot - 8 - 20 \cdot - 2 - 2$

Schritt 15.2.1.3

Mutltipliziere $- 5$ mit $- 8$ .

$f (- 2) = - 32 + 40 - 20 \cdot - 2 - 2$

Schritt 15.2.1.4

Mutltipliziere $- 20$ mit $- 2$ .

$f (- 2) = - 32 + 40 + 40 - 2$

Schritt 15.2.2

Vereinfache durch Addieren und Subtrahieren.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 15.2.2.1

Addiere $- 32$ und $40$ .

$f (- 2) = 8 + 40 - 2$

Schritt 15.2.2.2

Addiere $8$ und $40$ .

$f (- 2) = 48 - 2$

Schritt 15.2.2.3

Subtrahiere $2$ von $48$ .

$f (- 2) = 46$

Schritt 15.2.3

Die endgültige Lösung ist $46$ .

$y = 46$

Schritt 16

Dies sind die lokalen Extrema für $f (x) = x^{5} - 5 x^{3} - 20 x - 2$ .

$(2, - 50)$ ist ein lokales Minimum

$(- 2, 46)$ ist ein lokales Maximum

Schritt 17