Математический анализ Примеры

${(x + \frac{1}{x})}^{2}$

Этап 1

Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ имеет вид $f' (g (x)) g' (x)$ , где $f (x) = x^{2}$ и $g (x) = x + \frac{1}{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $x + \frac{1}{x}$ .

$\frac{d}{d u} [u^{2}] \frac{d}{d x} [x + \frac{1}{x}]$

Этап 1.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ имеет вид $n u^{n - 1}$ , где $n = 2$ .

$2 u \frac{d}{d x} [x + \frac{1}{x}]$

Этап 1.3

Заменим все вхождения $u$ на $x + \frac{1}{x}$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) \frac{d}{d x} [x + \frac{1}{x}]$

Этап 2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

По правилу суммы производная $x + \frac{1}{x}$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) (\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}])$

Этап 2.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) (1 + \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}])$

Этап 2.3

Перепишем $\frac{1}{x}$ в виде $x^{- 1}$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) (1 + \frac{d}{d x} [x^{- 1}])$

Этап 2.4

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = - 1$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) (1 - x^{- 2})$

Этап 3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$2 (x + \frac{1}{x}) (1 - \frac{1}{x^{2}})$

Этап 3.2

Применим свойство дистрибутивности.

$(2 x + 2 \frac{1}{x}) (1 - \frac{1}{x^{2}})$

Этап 3.3

Объединим $2$ и $\frac{1}{x}$ .

$(2 x + \frac{2}{x}) (1 - \frac{1}{x^{2}})$

Этап 3.4

Изменим порядок множителей в $(2 x + \frac{2}{x}) (1 - \frac{1}{x^{2}})$ .

$(1 - \frac{1}{x^{2}}) (2 x + \frac{2}{x})$

Этап 3.5

Развернем $(1 - \frac{1}{x^{2}}) (2 x + \frac{2}{x})$ , используя метод «первые-внешние-внутренние-последние».

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.5.1

Применим свойство дистрибутивности.

$1 (2 x + \frac{2}{x}) - \frac{1}{x^{2}} (2 x + \frac{2}{x})$

Этап 3.5.2

Применим свойство дистрибутивности.

$1 (2 x) + 1 \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} (2 x + \frac{2}{x})$

Этап 3.5.3

Применим свойство дистрибутивности.

$1 (2 x) + 1 \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} (2 x) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6

Упростим и объединим подобные члены.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1.1

Умножим $2 x$ на $1$ .

$2 x + 1 \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} (2 x) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.2

Умножим $\frac{2}{x}$ на $1$ .

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} (2 x) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.3

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1.3.1

Перенесем стоящий впереди знак минуса в $- \frac{1}{x^{2}}$ в числитель.

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1}{x^{2}} (2 x) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.3.2

Вынесем множитель $x$ из $x^{2}$ .

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1}{x \cdot x} (2 x) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.3.3

Вынесем множитель $x$ из $2 x$ .

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1}{x \cdot x} (x \cdot 2) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.3.4

Сократим общий множитель.

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1}{x \cdot x} (x \cdot 2) - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.3.5

Перепишем это выражение.

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1}{x} \cdot 2 - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.4

Объединим $\frac{- 1}{x}$ и $2$ .

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 1 \cdot 2}{x} - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.5

Умножим $- 1$ на $2$ .

$2 x + \frac{2}{x} + \frac{- 2}{x} - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.6

Вынесем знак минуса перед дробью.

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{2}{x} - \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$

Этап 3.6.1.7

Умножим $- \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2}{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1.7.1

Умножим $\frac{2}{x}$ на $\frac{1}{x^{2}}$ .

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{2}{x} - \frac{2}{x \cdot x^{2}}$

Этап 3.6.1.7.2

Умножим $x$ на $x^{2}$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1.7.2.1

Умножим $x$ на $x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.6.1.7.2.1.1

Возведем $x$ в степень $1$ .

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{1} x^{2}}$

Этап 3.6.1.7.2.1.2

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{1 + 2}}$

Этап 3.6.1.7.2.2

Добавим $1$ и $2$ .

$2 x + \frac{2}{x} - \frac{2}{x} - \frac{2}{x^{3}}$

Этап 3.6.2

Вычтем $\frac{2}{x}$ из $\frac{2}{x}$ .

$2 x + 0 - \frac{2}{x^{3}}$

Этап 3.6.3

Добавим $2 x$ и $0$ .

$2 x - \frac{2}{x^{3}}$