Analysis Beispiele

Bestimme die Konkavität 3cos(x)^2-6sin(x)
Schritt 1
Schreibe als Funktion.
Schritt 2
Find the values where the second derivative is equal to .
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Schritt 2.1
Bestimme die zweite Ableitung.
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Schritt 2.1.1
Bestimme die erste Ableitung.
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Schritt 2.1.1.1
Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von nach .
Schritt 2.1.1.2
Berechne .
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Schritt 2.1.1.2.1
Da konstant bezüglich ist, ist die Ableitung von nach gleich .
Schritt 2.1.1.2.2
Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass ist , mit und .
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Schritt 2.1.1.2.2.1
Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze durch .
Schritt 2.1.1.2.2.2
Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass gleich ist mit .
Schritt 2.1.1.2.2.3
Ersetze alle durch .
Schritt 2.1.1.2.3
Die Ableitung von nach ist .
Schritt 2.1.1.2.4
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.1.1.2.5
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.1.1.3
Berechne .
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Schritt 2.1.1.3.1
Da konstant bezüglich ist, ist die Ableitung von nach gleich .
Schritt 2.1.1.3.2
Die Ableitung von nach ist .
Schritt 2.1.2
Bestimme die zweite Ableitung.
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Schritt 2.1.2.1
Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von nach .
Schritt 2.1.2.2
Berechne .
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Schritt 2.1.2.2.1
Da konstant bezüglich ist, ist die Ableitung von nach gleich .
Schritt 2.1.2.2.2
Differenziere unter Anwendung der Produktregel, die besagt, dass gleich ist mit und .
Schritt 2.1.2.2.3
Die Ableitung von nach ist .
Schritt 2.1.2.2.4
Die Ableitung von nach ist .
Schritt 2.1.2.2.5
Potenziere mit .
Schritt 2.1.2.2.6
Potenziere mit .
Schritt 2.1.2.2.7
Wende die Exponentenregel an, um die Exponenten zu kombinieren.
Schritt 2.1.2.2.8
Addiere und .
Schritt 2.1.2.2.9
Potenziere mit .
Schritt 2.1.2.2.10
Potenziere mit .
Schritt 2.1.2.2.11
Wende die Exponentenregel an, um die Exponenten zu kombinieren.
Schritt 2.1.2.2.12
Addiere und .
Schritt 2.1.2.3
Berechne .
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Schritt 2.1.2.3.1
Da konstant bezüglich ist, ist die Ableitung von nach gleich .
Schritt 2.1.2.3.2
Die Ableitung von nach ist .
Schritt 2.1.2.3.3
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.1.2.4
Vereinfache.
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Schritt 2.1.2.4.1
Wende das Distributivgesetz an.
Schritt 2.1.2.4.2
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.1.3
Die zweite Ableitung von nach ist .
Schritt 2.2
Setze die zweite Ableitung gleich , dann löse die Gleichung .
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Schritt 2.2.1
Setze die zweite Ableitung gleich .
Schritt 2.2.2
Ersetze die durch basierend auf der -Identitätsgleichung.
Schritt 2.2.3
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 2.2.3.1
Wende das Distributivgesetz an.
Schritt 2.2.3.2
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.2.3.3
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.2.4
Addiere und .
Schritt 2.2.5
Stelle das Polynom um.
Schritt 2.2.6
Ersetze durch .
Schritt 2.2.7
Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.
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Schritt 2.2.7.1
Faktorisiere aus heraus.
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Schritt 2.2.7.1.1
Faktorisiere aus heraus.
Schritt 2.2.7.1.2
Faktorisiere aus heraus.
Schritt 2.2.7.1.3
Faktorisiere aus heraus.
Schritt 2.2.7.1.4
Faktorisiere aus heraus.
Schritt 2.2.7.1.5
Faktorisiere aus heraus.
Schritt 2.2.7.2
Faktorisiere.
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Schritt 2.2.7.2.1
Faktorisiere durch Gruppieren.
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Schritt 2.2.7.2.1.1
Für ein Polynom der Form schreibe den mittleren Term als eine Summe zweier Terme um, deren Produkt gleich und deren Summe gleich ist.
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Schritt 2.2.7.2.1.1.1
Multipliziere mit .
Schritt 2.2.7.2.1.1.2
Schreibe um als plus
Schritt 2.2.7.2.1.1.3
Wende das Distributivgesetz an.
Schritt 2.2.7.2.1.2
Klammere den größten gemeinsamen Teiler aus jeder Gruppe aus.
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Schritt 2.2.7.2.1.2.1
Gruppiere die ersten beiden Terme und die letzten beiden Terme.
Schritt 2.2.7.2.1.2.2
Klammere den größten gemeinsamen Teiler (ggT) aus jeder Gruppe aus.
Schritt 2.2.7.2.1.3
Faktorisiere das Polynom durch Ausklammern des größten gemeinsamen Teilers, .
Schritt 2.2.7.2.2
Entferne unnötige Klammern.
Schritt 2.2.8
Wenn irgendein einzelner Faktor auf der linken Seite der Gleichung gleich ist, dann ist der ganze Ausdruck gleich .
Schritt 2.2.9
Setze gleich und löse nach auf.
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Schritt 2.2.9.1
Setze gleich .
Schritt 2.2.9.2
Löse nach auf.
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Schritt 2.2.9.2.1
Addiere zu beiden Seiten der Gleichung.
Schritt 2.2.9.2.2
Teile jeden Ausdruck in durch und vereinfache.
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Schritt 2.2.9.2.2.1
Teile jeden Ausdruck in durch .
Schritt 2.2.9.2.2.2
Vereinfache die linke Seite.
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Schritt 2.2.9.2.2.2.1
Kürze den gemeinsamen Faktor von .
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Schritt 2.2.9.2.2.2.1.1
Kürze den gemeinsamen Faktor.
Schritt 2.2.9.2.2.2.1.2
Dividiere durch .
Schritt 2.2.10
Setze gleich und löse nach auf.
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Schritt 2.2.10.1
Setze gleich .
Schritt 2.2.10.2
Subtrahiere von beiden Seiten der Gleichung.
Schritt 2.2.11
Die endgültige Lösung sind alle Werte, die wahr machen.
Schritt 2.2.12
Ersetze durch .
Schritt 2.2.13
Stelle jede der Lösungen auf, um sie nach aufzulösen.
Schritt 2.2.14
Löse in nach auf.
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Schritt 2.2.14.1
Wende den inversen Sinus auf beide Seiten der Gleichung an, um aus dem Sinus herauszuziehen.
Schritt 2.2.14.2
Vereinfache die rechte Seite.
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Schritt 2.2.14.2.1
Der genau Wert von ist .
Schritt 2.2.14.3
Die Sinusfunktion ist positiv im ersten und zweiten Quadranten. Um die zweite Lösung zu ermitteln, subtrahiere den Referenzwinkel von , um die Lösung im zweiten Quadranten zu finden.
Schritt 2.2.14.4
Vereinfache .
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Schritt 2.2.14.4.1
Um als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit .
Schritt 2.2.14.4.2
Kombiniere Brüche.
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Schritt 2.2.14.4.2.1
Kombiniere und .
Schritt 2.2.14.4.2.2
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
Schritt 2.2.14.4.3
Vereinfache den Zähler.
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Schritt 2.2.14.4.3.1
Bringe auf die linke Seite von .
Schritt 2.2.14.4.3.2
Subtrahiere von .
Schritt 2.2.14.5
Ermittele die Periode von .
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Schritt 2.2.14.5.1
Die Periode der Funktion kann mithilfe von berechnet werden.
Schritt 2.2.14.5.2
Ersetze durch in der Formel für die Periode.
Schritt 2.2.14.5.3
Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen und ist .
Schritt 2.2.14.5.4
Dividiere durch .
Schritt 2.2.14.6
Die Periode der Funktion ist , d. h., Werte werden sich alle rad in beide Richtungen wiederholen.
, für jede Ganzzahl
, für jede Ganzzahl
Schritt 2.2.15
Löse in nach auf.
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Schritt 2.2.15.1
Wende den inversen Sinus auf beide Seiten der Gleichung an, um aus dem Sinus herauszuziehen.
Schritt 2.2.15.2
Vereinfache die rechte Seite.
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Schritt 2.2.15.2.1
Der genau Wert von ist .
Schritt 2.2.15.3
Die Sinusfunktion ist negativ im dritten und vierten Quadranten. Um die zweite Lösung zu finden, subtrahiere die Lösung von , um einen Referenzwinkel zu ermitteln. Addiere als nächstes diesen Referenzwinkel zu , um die Lösung im dritten Quadranten zu finden.
Schritt 2.2.15.4
Vereinfache den Ausdruck, um die zweite Lösung zu ermitteln.
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Schritt 2.2.15.4.1
Subtrahiere von .
Schritt 2.2.15.4.2
Der resultierende Winkel von ist positiv, kleiner als und gleich .
Schritt 2.2.15.5
Ermittele die Periode von .
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 2.2.15.5.1
Die Periode der Funktion kann mithilfe von berechnet werden.
Schritt 2.2.15.5.2
Ersetze durch in der Formel für die Periode.
Schritt 2.2.15.5.3
Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen und ist .
Schritt 2.2.15.5.4
Dividiere durch .
Schritt 2.2.15.6
Addiere zu jedem negativen Winkel, um positive Winkel zu erhalten.
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 2.2.15.6.1
Addiere zu , um den positiven Winkel zu bestimmen.
Schritt 2.2.15.6.2
Um als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit .
Schritt 2.2.15.6.3
Kombiniere Brüche.
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 2.2.15.6.3.1
Kombiniere und .
Schritt 2.2.15.6.3.2
Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.
Schritt 2.2.15.6.4
Vereinfache den Zähler.
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 2.2.15.6.4.1
Mutltipliziere mit .
Schritt 2.2.15.6.4.2
Subtrahiere von .
Schritt 2.2.15.6.5
Liste die neuen Winkel auf.
Schritt 2.2.15.7
Die Periode der Funktion ist , d. h., Werte werden sich alle rad in beide Richtungen wiederholen.
, für jede Ganzzahl
, für jede Ganzzahl
Schritt 2.2.16
Liste alle Lösungen auf.
, für jede Ganzzahl
Schritt 2.2.17
Fasse die Ergebnisse zusammen.
, für jede Ganzzahl
, für jede Ganzzahl
, für jede Ganzzahl
Schritt 3
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.
Intervallschreibweise:
Aufzählende bzw. beschreibende Mengenschreibweise:
Schritt 4
Erzeuge Intervalle um die -Werte, wo die 2. Ableitung 0 ist oder nicht definiert ist.
Schritt 5
Setze eine beliebige Zahl aus dem Intervall in die zweite Ableitung ein und berechne, um die Konkavität zu bestimmen.
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Schritt 5.1
Ersetze in dem Ausdruck die Variable durch .
Schritt 5.2
Vereinfache das Ergebnis.
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Schritt 5.2.1
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 5.2.1.1
Der genau Wert von ist .
Schritt 5.2.1.2
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
Schritt 5.2.1.3
Mutltipliziere mit .
Schritt 5.2.1.4
Der genau Wert von ist .
Schritt 5.2.1.5
zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt .
Schritt 5.2.1.6
Mutltipliziere mit .
Schritt 5.2.1.7
Der genau Wert von ist .
Schritt 5.2.1.8
Mutltipliziere mit .
Schritt 5.2.2
Vereinfache durch Addieren von Zahlen.
Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...
Schritt 5.2.2.1
Addiere und .
Schritt 5.2.2.2
Addiere und .
Schritt 5.2.3
Die endgültige Lösung ist .
Schritt 5.3
Der Graph ist im Intervall konkav, weil negativ ist.
Konkav im Intervall , da negativ ist
Konkav im Intervall , da negativ ist
Schritt 6