Математический анализ Примеры

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

Этап 1

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

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

Этап 2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

По правилу суммы производная $x^{2} - x + 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- x] + \frac{d}{d x} [1]$ .

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

Этап 2.2

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

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

Этап 2.3

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- x$ по $x$ равна $- \frac{d}{d x} [x]$ .

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

Этап 2.4

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

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

Этап 2.5

Умножим $- 1$ на $1$ .

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

Этап 2.6

Поскольку $1$ является константой относительно $x$ , производная $1$ относительно $x$ равна $0$ .

$\frac{(x^{2} + x + 1) (2 x - 1 + 0) - (x^{2} - x + 1) \frac{d}{d x} [x^{2} + x + 1]}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 2.7

Добавим $2 x - 1$ и $0$ .

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

Этап 2.8

По правилу суммы производная $x^{2} + x + 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$ .

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

Этап 2.9

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

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

Этап 2.10

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

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

Этап 2.11

Поскольку $1$ является константой относительно $x$ , производная $1$ относительно $x$ равна $0$ .

$\frac{(x^{2} + x + 1) (2 x - 1) - (x^{2} - x + 1) (2 x + 1 + 0)}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 2.12

Добавим $2 x + 1$ и $0$ .

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

Этап 3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Применим свойство дистрибутивности.

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

Этап 3.2

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.1

Развернем $(x^{2} + x + 1) (2 x - 1)$ , умножив каждый член в первом выражении на каждый член во втором выражении.

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

Этап 3.2.1.2

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.2.1

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.2.1.2.2

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.2.2.1

Перенесем $x$ .

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

Этап 3.2.1.2.2.2

Умножим $x$ на $x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.2.2.2.1

Возведем $x$ в степень $1$ .

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

Этап 3.2.1.2.2.2.2

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

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

Этап 3.2.1.2.2.3

Добавим $1$ и $2$ .

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

Этап 3.2.1.2.3

Перенесем $- 1$ влево от $x^{2}$ .

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

Этап 3.2.1.2.4

Перепишем $- 1 x^{2}$ в виде $- x^{2}$ .

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

Этап 3.2.1.2.5

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.2.1.2.6

Умножим $x$ на $x$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.2.6.1

Перенесем $x$ .

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

Этап 3.2.1.2.6.2

Умножим $x$ на $x$ .

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

Этап 3.2.1.2.7

Перенесем $- 1$ влево от $x$ .

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

Этап 3.2.1.2.8

Перепишем $- 1 x$ в виде $- x$ .

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

Этап 3.2.1.2.9

Умножим $2 x$ на $1$ .

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

Этап 3.2.1.2.10

Умножим $- 1$ на $1$ .

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

Этап 3.2.1.3

Добавим $- x^{2}$ и $2 x^{2}$ .

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

Этап 3.2.1.4

Добавим $- x$ и $2 x$ .

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

Этап 3.2.1.5

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.5.1

Умножим $- - x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.5.1.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

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

Этап 3.2.1.5.1.2

Умножим $x$ на $1$ .

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

Этап 3.2.1.5.2

Умножим $- 1$ на $1$ .

$\frac{2 x^{3} + x^{2} + x - 1 + (- x^{2} + x - 1) (2 x + 1)}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.1.6

Развернем $(- x^{2} + x - 1) (2 x + 1)$ , умножив каждый член в первом выражении на каждый член во втором выражении.

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

Этап 3.2.1.7

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.7.1

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.2.1.7.2

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.7.2.1

Перенесем $x$ .

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

Этап 3.2.1.7.2.2

Умножим $x$ на $x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.7.2.2.1

Возведем $x$ в степень $1$ .

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

Этап 3.2.1.7.2.2.2

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

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

Этап 3.2.1.7.2.3

Добавим $1$ и $2$ .

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

Этап 3.2.1.7.3

Умножим $- 1$ на $2$ .

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

Этап 3.2.1.7.4

Умножим $- 1$ на $1$ .

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

Этап 3.2.1.7.5

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.2.1.7.6

Умножим $x$ на $x$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1.7.6.1

Перенесем $x$ .

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

Этап 3.2.1.7.6.2

Умножим $x$ на $x$ .

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

Этап 3.2.1.7.7

Умножим $x$ на $1$ .

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

Этап 3.2.1.7.8

Умножим $2$ на $- 1$ .

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

Этап 3.2.1.7.9

Умножим $- 1$ на $1$ .

$\frac{2 x^{3} + x^{2} + x - 1 - 2 x^{3} - x^{2} + 2 x^{2} + x - 2 x - 1}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.1.8

Добавим $- x^{2}$ и $2 x^{2}$ .

$\frac{2 x^{3} + x^{2} + x - 1 - 2 x^{3} + x^{2} + x - 2 x - 1}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.1.9

Вычтем $2 x$ из $x$ .

$\frac{2 x^{3} + x^{2} + x - 1 - 2 x^{3} + x^{2} - x - 1}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.2

Объединим противоположные члены в $2 x^{3} + x^{2} + x - 1 - 2 x^{3} + x^{2} - x - 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.2.1

Вычтем $2 x^{3}$ из $2 x^{3}$ .

$\frac{x^{2} + x - 1 + 0 + x^{2} - x - 1}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.2.2

Добавим $x^{2} + x - 1$ и $0$ .

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

Этап 3.2.2.3

Вычтем $x$ из $x$ .

$\frac{x^{2} - 1 + x^{2} + 0 - 1}{{(x^{2} + x + 1)}^{2}}$

Этап 3.2.2.4

Добавим $x^{2} - 1 + x^{2}$ и $0$ .

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

Этап 3.2.3

Добавим $x^{2}$ и $x^{2}$ .

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

Этап 3.2.4

Вычтем $1$ из $- 1$ .

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

Этап 3.3

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1

Вынесем множитель $2$ из $2 x^{2} - 2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1.1

Вынесем множитель $2$ из $2 x^{2}$ .

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

Этап 3.3.1.2

Вынесем множитель $2$ из $- 2$ .

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

Этап 3.3.1.3

Вынесем множитель $2$ из $2 (x^{2}) + 2 (- 1)$ .

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

Этап 3.3.2

Перепишем $1$ в виде $1^{2}$ .

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

Этап 3.3.3

Поскольку оба члена являются полными квадратами, выполним разложение на множители, используя формулу разности квадратов, $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ , где $a = x$ и $b = 1$ .

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