Математический анализ Примеры

$g (x) = e^{- x^{4}}$ , $- 2 \leq x \leq 1$

Этап 1

Найдем критические точки.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1.1

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 $f (x) = e^{x}$ и $g (x) = - x^{4}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1.1.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $- x^{4}$ .

$\frac{d}{d u} [e^{u}] \frac{d}{d x} [- x^{4}]$

Этап 1.1.1.1.2

Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что $\frac{d}{d u} [a^{u}]$ имеет вид $a^{u} \ln (a)$ , где $a$ = $e$ .

$e^{u} \frac{d}{d x} [- x^{4}]$

Этап 1.1.1.1.3

Заменим все вхождения $u$ на $- x^{4}$ .

$e^{- x^{4}} \frac{d}{d x} [- x^{4}]$

Этап 1.1.1.2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1.2.1

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- x^{4}$ по $x$ равна $- \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$e^{- x^{4}} (- \frac{d}{d x} [x^{4}])$

Этап 1.1.1.2.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 4$ .

$e^{- x^{4}} (- (4 x^{3}))$

Этап 1.1.1.2.3

Умножим $4$ на $- 1$ .

$e^{- x^{4}} (- 4 x^{3})$

Этап 1.1.1.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1.3.1

Изменим порядок множителей в $e^{- x^{4}} (- 4 x^{3})$ .

$- 4 e^{- x^{4}} x^{3}$

Этап 1.1.1.3.2

Изменим порядок множителей в $- 4 e^{- x^{4}} x^{3}$ .

$f' (x) = - 4 x^{3} e^{- x^{4}}$

Этап 1.1.2

Первая производная $g (x)$ по $x$ равна $- 4 x^{3} e^{- x^{4}}$ .

$- 4 x^{3} e^{- x^{4}}$

Этап 1.2

Приравняем первую производную к $0$ , затем найдем решение уравнения $- 4 x^{3} e^{- x^{4}} = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Пусть первая производная равна $0$ .

$- 4 x^{3} e^{- x^{4}} = 0$

Этап 1.2.2

Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен $0$ , все выражение равно $0$ .

$x^{3} = 0$

$e^{- x^{4}} = 0$

Этап 1.2.3

Приравняем $x^{3}$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1

Приравняем $x^{3}$ к $0$ .

$x^{3} = 0$

Этап 1.2.3.2

Решим $x^{3} = 0$ относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.2.1

Возьмем указанный корень от обеих частей уравнения, чтобы исключить член со степенью в левой части.

$x = \sqrt[3]{0}$

Этап 1.2.3.2.2

Упростим $\sqrt[3]{0}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.2.2.1

Перепишем $0$ в виде $0^{3}$ .

$x = \sqrt[3]{0^{3}}$

Этап 1.2.3.2.2.2

Вынесем члены из-под знака корня, предполагая, что это вещественные числа.

$x = 0$

Этап 1.2.4

Приравняем $e^{- x^{4}}$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.4.1

Приравняем $e^{- x^{4}}$ к $0$ .

$e^{- x^{4}} = 0$

Этап 1.2.4.2

Решим $e^{- x^{4}} = 0$ относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.4.2.1

Возьмем натуральный логарифм обеих частей уравнения, чтобы удалить переменную из показателя степени.

$\ln (e^{- x^{4}}) = \ln (0)$

Этап 1.2.4.2.2

Уравнение невозможно решить, так как выражение $\ln (0)$ не определено.

Неопределенные

Этап 1.2.4.2.3

Нет решения для $e^{- x^{4}} = 0$

Нет решения

Этап 1.2.5

Окончательным решением являются все значения, при которых $- 4 x^{3} e^{- x^{4}} = 0$ верно.

$x = 0$

Этап 1.3

Найдем значения, при которых производная не определена.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

Область определения выражения ― все действительные числа, за исключением случаев, когда выражение не определено. В данном случае не существует вещественного числа, при котором выражение не определено.

Этап 1.4

Вычислим $e^{- x^{4}}$ для каждого значения $x$ , для которого производная равна $0$ или не определена.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1

Найдем значение в $x = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1.1

Подставим $0$ вместо $x$ .

$e^{- {(0)}^{4}}$

Этап 1.4.1.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1.2.1

Возведение $0$ в любую положительную степень дает $0$ .

$e^{- 0}$

Этап 1.4.1.2.2

Умножим $- 1$ на $0$ .

$e^{0}$

Этап 1.4.1.2.3

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$1$

Этап 1.4.2

Перечислим все точки.

$(0, 1)$

Этап 2

Вычислим на включенных конечных точках.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Найдем значение в $x = - 2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1

Подставим $- 2$ вместо $x$ .

$e^{- {(- 2)}^{4}}$

Этап 2.1.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.1

Возведем $- 2$ в степень $4$ .

$e^{- 1 \cdot 16}$

Этап 2.1.2.2

Умножим $- 1$ на $16$ .

$e^{- 16}$

Этап 2.1.2.3

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

$\frac{1}{e^{16}}$

Этап 2.2

Найдем значение в $x = 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

Подставим $1$ вместо $x$ .

$e^{- {(1)}^{4}}$

Этап 2.2.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.2.1

Единица в любой степени равна единице.

$e^{- 1 \cdot 1}$

Этап 2.2.2.2

Умножим $- 1$ на $1$ .

$e^{- 1}$

Этап 2.2.2.3

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

$\frac{1}{e}$

Этап 2.3

Перечислим все точки.

$(- 2, \frac{1}{e^{16}}), (1, \frac{1}{e})$

Этап 3

Сравним значения $g (x)$ , найденные для каждого значения $x$ , чтобы определить абсолютные максимум и минимум на заданном интервале. Максимум будет наблюдаться при наибольшем значении $g (x)$ , а минимум — при наименьшем значении $g (x)$ .

Абсолютный максимум: $(0, 1)$

Абсолютный минимум: $(- 2, \frac{1}{e^{16}})$

Этап 4