Математический анализ Примеры

Найти локальный максимум и минимум f(x)=2cos(x)+cos(x)^2
Этап 1
Найдем первую производную функции.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 1.2
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.2.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 1.2.2
Производная по равна .
Этап 1.2.3
Умножим на .
Этап 1.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.3.1
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.3.1.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 1.3.1.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 1.3.1.3
Заменим все вхождения на .
Этап 1.3.2
Производная по равна .
Этап 1.3.3
Умножим на .
Этап 1.4
Изменим порядок членов.
Этап 2
Найдем вторую производную функции.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.2
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.2.2
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.2.3
Производная по равна .
Этап 2.2.4
Производная по равна .
Этап 2.2.5
Возведем в степень .
Этап 2.2.6
Возведем в степень .
Этап 2.2.7
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.2.8
Добавим и .
Этап 2.2.9
Возведем в степень .
Этап 2.2.10
Возведем в степень .
Этап 2.2.11
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.2.12
Добавим и .
Этап 2.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.3.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.3.2
Производная по равна .
Этап 2.4
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.4.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.4.2
Умножим на .
Этап 3
Чтобы найти локальные максимумы и минимумы функции, приравняем производную к и решим полученное уравнение.
Этап 4
Вынесем множитель из .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 4.1
Вынесем множитель из .
Этап 4.2
Вынесем множитель из .
Этап 4.3
Вынесем множитель из .
Этап 5
Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен , все выражение равно .
Этап 6
Приравняем к , затем решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.1
Приравняем к .
Этап 6.2
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1
Возьмем обратный синус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из синуса.
Этап 6.2.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.2.1
Точное значение : .
Этап 6.2.3
Функция синуса положительна в первом и втором квадрантах. Для нахождения второго решения вычтем угол приведения из и найдем решение во втором квадранте.
Этап 6.2.4
Вычтем из .
Этап 6.2.5
Решение уравнения .
Этап 7
Приравняем к , затем решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.1
Приравняем к .
Этап 7.2
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.1
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 7.2.2
Разделим каждый член на и упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.2.1
Разделим каждый член на .
Этап 7.2.2.2
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.2.2.1
Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.
Этап 7.2.2.2.2
Разделим на .
Этап 7.2.2.3
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.2.3.1
Разделим на .
Этап 7.2.3
Возьмем обратный косинус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из косинуса.
Этап 7.2.4
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.4.1
Точное значение : .
Этап 7.2.5
Функция косинуса отрицательна во втором и третьем квадрантах. Чтобы найти второе решение, вычтем угол приведения из и найдем решение в третьем квадранте.
Этап 7.2.6
Вычтем из .
Этап 7.2.7
Решение уравнения .
Этап 8
Окончательным решением являются все значения, при которых верно.
Этап 9
Найдем вторую производную в . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.
Этап 10
Найдем вторую производную.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 10.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 10.1.1
Точное значение : .
Этап 10.1.2
Единица в любой степени равна единице.
Этап 10.1.3
Умножим на .
Этап 10.1.4
Точное значение : .
Этап 10.1.5
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 10.1.6
Умножим на .
Этап 10.1.7
Точное значение : .
Этап 10.1.8
Умножим на .
Этап 10.2
Упростим путем сложения и вычитания.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 10.2.1
Добавим и .
Этап 10.2.2
Вычтем из .
Этап 11
 — локальный максимум, так как вторая производная отрицательная. Это называется тестом второй производной.
 — локальный максимум
Этап 12
Найдем значение y, если .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 12.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.2.1.1
Точное значение : .
Этап 12.2.1.2
Умножим на .
Этап 12.2.1.3
Точное значение : .
Этап 12.2.1.4
Единица в любой степени равна единице.
Этап 12.2.2
Добавим и .
Этап 12.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 13
Найдем вторую производную в . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.
Этап 14
Найдем вторую производную.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.1.1
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как косинус отрицательный во втором квадранте.
Этап 14.1.2
Точное значение : .
Этап 14.1.3
Умножим на .
Этап 14.1.4
Возведем в степень .
Этап 14.1.5
Умножим на .
Этап 14.1.6
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте.
Этап 14.1.7
Точное значение : .
Этап 14.1.8
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 14.1.9
Умножим на .
Этап 14.1.10
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как косинус отрицательный во втором квадранте.
Этап 14.1.11
Точное значение : .
Этап 14.1.12
Умножим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.1.12.1
Умножим на .
Этап 14.1.12.2
Умножим на .
Этап 14.2
Упростим путем добавления чисел.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.2.1
Добавим и .
Этап 14.2.2
Добавим и .
Этап 15
Поскольку есть по крайней мере одна точка с или неопределенной второй производной, изучим изменение знака первой производной.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.1
Разобьем на отдельные интервалы в окрестности значений , при которых первая производная равна или не определена.
Этап 15.2
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.2.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.2.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.2.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.2.2.1.1
Найдем значение .
Этап 15.2.2.1.2
Умножим на .
Этап 15.2.2.1.3
Найдем значение .
Этап 15.2.2.1.4
Умножим на .
Этап 15.2.2.1.5
Найдем значение .
Этап 15.2.2.1.6
Умножим на .
Этап 15.2.2.2
Добавим и .
Этап 15.2.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 15.3
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.3.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.3.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.3.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.3.2.1.1
Найдем значение .
Этап 15.3.2.1.2
Умножим на .
Этап 15.3.2.1.3
Найдем значение .
Этап 15.3.2.1.4
Умножим на .
Этап 15.3.2.1.5
Найдем значение .
Этап 15.3.2.1.6
Умножим на .
Этап 15.3.2.2
Вычтем из .
Этап 15.3.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 15.4
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.4.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.4.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.4.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 15.4.2.1.1
Найдем значение .
Этап 15.4.2.1.2
Умножим на .
Этап 15.4.2.1.3
Найдем значение .
Этап 15.4.2.1.4
Умножим на .
Этап 15.4.2.1.5
Найдем значение .
Этап 15.4.2.1.6
Умножим на .
Этап 15.4.2.2
Добавим и .
Этап 15.4.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 15.5
Поскольку первая производная меняет знак с положительного на отрицательный в окрестности ,  — локальный максимум.
 — локальный максимум
Этап 15.6
Поскольку первая производная меняет знак с отрицательного на положительный в окрестности ,  — локальный минимум.
 — локальный минимум
Этап 15.7
Это локальные экстремумы .
 — локальный максимум
 — локальный минимум
 — локальный максимум
 — локальный минимум
Этап 16