Введите задачу...
Математический анализ Примеры
Этап 1
Запишем в виде функции.
Этап 2
Этап 2.1
С помощью запишем в виде .
Этап 2.2
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.2.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.2.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.2.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.3
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 2.4
Объединим и .
Этап 2.5
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.6
Упростим числитель.
Этап 2.6.1
Умножим на .
Этап 2.6.2
Вычтем из .
Этап 2.7
Объединим дроби.
Этап 2.7.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.7.2
Объединим и .
Этап 2.7.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 2.8
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.9
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.10
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.11
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.12
Умножим на .
Этап 2.13
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 2.14
Добавим и .
Этап 2.15
Упростим.
Этап 2.15.1
Изменим порядок множителей в .
Этап 2.15.2
Умножим на .
Этап 3
Этап 3.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.2
Продифференцируем, используя правило частного, которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 3.3
Перемножим экспоненты в .
Этап 3.3.1
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 3.3.2
Сократим общий множитель .
Этап 3.3.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 3.3.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 3.4
Упростим.
Этап 3.5
Продифференцируем.
Этап 3.5.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 3.5.2
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.5.3
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.5.4
Умножим на .
Этап 3.5.5
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 3.5.6
Упростим выражение.
Этап 3.5.6.1
Добавим и .
Этап 3.5.6.2
Перенесем влево от .
Этап 3.6
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 3.6.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 3.6.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.6.3
Заменим все вхождения на .
Этап 3.7
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 3.8
Объединим и .
Этап 3.9
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.10
Упростим числитель.
Этап 3.10.1
Умножим на .
Этап 3.10.2
Вычтем из .
Этап 3.11
Объединим дроби.
Этап 3.11.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 3.11.2
Объединим и .
Этап 3.11.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 3.12
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 3.13
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.14
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.15
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.16
Умножим на .
Этап 3.17
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 3.18
Добавим и .
Этап 3.19
Возведем в степень .
Этап 3.20
Возведем в степень .
Этап 3.21
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.22
Добавим и .
Этап 3.23
Объединим и .
Этап 3.24
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 3.25
Объединим и .
Этап 3.26
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.27
Умножим на .
Этап 3.28
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.28.1
Перенесем .
Этап 3.28.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.28.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.28.4
Добавим и .
Этап 3.28.5
Разделим на .
Этап 3.29
Упростим .
Этап 3.30
Перепишем в виде произведения.
Этап 3.31
Умножим на .
Этап 3.32
Возведем в степень .
Этап 3.33
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.34
Упростим выражение.
Этап 3.34.1
Запишем в виде дроби с общим знаменателем.
Этап 3.34.2
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.34.3
Добавим и .
Этап 3.35
Умножим на .
Этап 3.36
Умножим на .
Этап 3.37
Упростим.
Этап 3.37.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.3
Упростим числитель.
Этап 3.37.3.1
Упростим каждый член.
Этап 3.37.3.1.1
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.37.3.1.1.1
Перенесем .
Этап 3.37.3.1.1.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.37.3.1.1.3
Добавим и .
Этап 3.37.3.1.2
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.37.3.1.2.1
Перенесем .
Этап 3.37.3.1.2.2
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.2.2.1
Возведем в степень .
Этап 3.37.3.1.2.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.37.3.1.2.3
Добавим и .
Этап 3.37.3.1.3
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.4
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.5
Перепишем в виде .
Этап 3.37.3.1.6
Развернем , используя метод «первые-внешние-внутренние-последние».
Этап 3.37.3.1.6.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.3.1.6.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.3.1.6.3
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.3.1.7
Упростим и объединим подобные члены.
Этап 3.37.3.1.7.1
Упростим каждый член.
Этап 3.37.3.1.7.1.1
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 3.37.3.1.7.1.2
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.37.3.1.7.1.2.1
Перенесем .
Этап 3.37.3.1.7.1.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.37.3.1.7.1.2.3
Добавим и .
Этап 3.37.3.1.7.1.3
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.7.1.4
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.7.1.5
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.7.1.6
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.7.2
Вычтем из .
Этап 3.37.3.1.8
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.37.3.1.9
Упростим.
Этап 3.37.3.1.9.1
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.9.2
Умножим на .
Этап 3.37.3.1.9.3
Умножим на .
Этап 3.37.3.2
Вычтем из .
Этап 3.37.3.3
Добавим и .
Этап 4
Чтобы найти локальные максимумы и минимумы функции, приравняем производную к и решим полученное уравнение.
Этап 5
Этап 5.1
Найдем первую производную.
Этап 5.1.1
С помощью запишем в виде .
Этап 5.1.2
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 5.1.2.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 5.1.2.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 5.1.2.3
Заменим все вхождения на .
Этап 5.1.3
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 5.1.4
Объединим и .
Этап 5.1.5
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 5.1.6
Упростим числитель.
Этап 5.1.6.1
Умножим на .
Этап 5.1.6.2
Вычтем из .
Этап 5.1.7
Объединим дроби.
Этап 5.1.7.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 5.1.7.2
Объединим и .
Этап 5.1.7.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 5.1.8
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 5.1.9
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 5.1.10
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 5.1.11
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 5.1.12
Умножим на .
Этап 5.1.13
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 5.1.14
Добавим и .
Этап 5.1.15
Упростим.
Этап 5.1.15.1
Изменим порядок множителей в .
Этап 5.1.15.2
Умножим на .
Этап 5.2
Первая производная по равна .
Этап 6
Этап 6.1
Пусть первая производная равна .
Этап 6.2
Приравняем числитель к нулю.
Этап 6.3
Решим уравнение относительно .
Этап 6.3.1
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 6.3.2
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 6.3.2.1
Разделим каждый член на .
Этап 6.3.2.2
Упростим левую часть.
Этап 6.3.2.2.1
Сократим общий множитель .
Этап 6.3.2.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.3.2.2.1.2
Разделим на .
Этап 6.3.3
Возьмем указанный корень от обеих частей уравнения, чтобы исключить член со степенью в левой части.
Этап 6.3.4
Упростим .
Этап 6.3.4.1
Перепишем в виде .
Этап 6.3.4.2
Умножим на .
Этап 6.3.4.3
Объединим и упростим знаменатель.
Этап 6.3.4.3.1
Умножим на .
Этап 6.3.4.3.2
Возведем в степень .
Этап 6.3.4.3.3
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 6.3.4.3.4
Добавим и .
Этап 6.3.4.3.5
Перепишем в виде .
Этап 6.3.4.3.5.1
С помощью запишем в виде .
Этап 6.3.4.3.5.2
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 6.3.4.3.5.3
Объединим и .
Этап 6.3.4.3.5.4
Сократим общий множитель .
Этап 6.3.4.3.5.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.3.4.3.5.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 6.3.4.3.5.5
Найдем экспоненту.
Этап 6.3.4.4
Упростим числитель.
Этап 6.3.4.4.1
Перепишем в виде .
Этап 6.3.4.4.2
Возведем в степень .
Этап 6.3.4.4.3
Перепишем в виде .
Этап 6.3.4.4.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 6.3.4.4.3.2
Перепишем в виде .
Этап 6.3.4.4.4
Вынесем члены из-под знака корня.
Этап 6.3.4.4.5
Объединим показатели степеней.
Этап 6.3.4.4.5.1
Объединим, используя правило умножения для радикалов.
Этап 6.3.4.4.5.2
Умножим на .
Этап 6.3.4.5
Сократим общий множитель и .
Этап 6.3.4.5.1
Вынесем множитель из .
Этап 6.3.4.5.2
Сократим общие множители.
Этап 6.3.4.5.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 6.3.4.5.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 6.3.4.5.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 7
Этап 7.1
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 8
Критические точки, которые необходимо вычислить.
Этап 9
Найдем вторую производную в . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.
Этап 10
Этап 10.1
Упростим числитель.
Этап 10.1.1
Применим правило умножения к .
Этап 10.1.2
Упростим числитель.
Этап 10.1.2.1
Перепишем в виде .
Этап 10.1.2.1.1
С помощью запишем в виде .
Этап 10.1.2.1.2
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 10.1.2.1.3
Объединим и .
Этап 10.1.2.1.4
Сократим общий множитель и .
Этап 10.1.2.1.4.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.2.1.4.2
Сократим общие множители.
Этап 10.1.2.1.4.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.2.1.4.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.2.1.4.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.2.1.4.2.4
Разделим на .
Этап 10.1.2.2
Возведем в степень .
Этап 10.1.3
Возведем в степень .
Этап 10.1.4
Сократим общий множитель .
Этап 10.1.4.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.4.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.4.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.5
Сократим общий множитель и .
Этап 10.1.5.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.5.2
Сократим общие множители.
Этап 10.1.5.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.5.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.5.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.6
Применим правило умножения к .
Этап 10.1.7
Перепишем в виде .
Этап 10.1.7.1
С помощью запишем в виде .
Этап 10.1.7.2
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 10.1.7.3
Объединим и .
Этап 10.1.7.4
Сократим общий множитель .
Этап 10.1.7.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.7.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.7.5
Найдем экспоненту.
Этап 10.1.8
Возведем в степень .
Этап 10.1.9
Сократим общий множитель .
Этап 10.1.9.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.9.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.9.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.10
Умножим на .
Этап 10.1.11
Применим правило умножения к .
Этап 10.1.12
Упростим числитель.
Этап 10.1.12.1
Перепишем в виде .
Этап 10.1.12.2
Возведем в степень .
Этап 10.1.13
Возведем в степень .
Этап 10.1.14
Сократим общий множитель .
Этап 10.1.14.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.1.14.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.1.14.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.1.15
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 10.1.16
Объединим и .
Этап 10.1.17
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 10.1.18
Упростим числитель.
Этап 10.1.18.1
Умножим на .
Этап 10.1.18.2
Вычтем из .
Этап 10.1.19
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 10.1.20
Объединим и .
Этап 10.1.21
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 10.1.22
Упростим числитель.
Этап 10.1.22.1
Умножим на .
Этап 10.1.22.2
Вычтем из .
Этап 10.1.23
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 10.1.24
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 10.1.25
Объединим и .
Этап 10.1.26
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 10.1.27
Умножим на .
Этап 10.2
Упростим знаменатель.
Этап 10.2.1
Упростим каждый член.
Этап 10.2.1.1
Применим правило умножения к .
Этап 10.2.1.2
Упростим числитель.
Этап 10.2.1.2.1
Перепишем в виде .
Этап 10.2.1.2.2
Возведем в степень .
Этап 10.2.1.2.3
Перепишем в виде .
Этап 10.2.1.2.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.2.1.2.3.2
Перепишем в виде .
Этап 10.2.1.2.4
Вынесем члены из-под знака корня.
Этап 10.2.1.3
Возведем в степень .
Этап 10.2.1.4
Сократим общий множитель и .
Этап 10.2.1.4.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.2.1.4.2
Сократим общие множители.
Этап 10.2.1.4.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.2.1.4.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.2.1.4.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.2.1.5
Объединим и .
Этап 10.2.1.6
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 10.2.2
Найдем общий знаменатель.
Этап 10.2.2.1
Умножим на .
Этап 10.2.2.2
Умножим на .
Этап 10.2.2.3
Запишем в виде дроби со знаменателем .
Этап 10.2.2.4
Умножим на .
Этап 10.2.2.5
Умножим на .
Этап 10.2.2.6
Умножим на .
Этап 10.2.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 10.2.4
Упростим каждый член.
Этап 10.2.4.1
Умножим на .
Этап 10.2.4.2
Умножим на .
Этап 10.2.5
Вычтем из .
Этап 10.2.6
Применим правило умножения к .
Этап 10.3
Объединим и .
Этап 10.4
Умножим числитель на величину, обратную знаменателю.
Этап 10.5
Умножим .
Этап 10.5.1
Умножим на .
Этап 10.5.2
Умножим на .
Этап 10.6
Перенесем в числитель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 10.7
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 10.7.1
Перенесем .
Этап 10.7.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 10.7.3
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 10.7.4
Объединим и .
Этап 10.7.5
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 10.7.6
Упростим числитель.
Этап 10.7.6.1
Умножим на .
Этап 10.7.6.2
Добавим и .
Этап 10.8
Перепишем в виде .
Этап 10.9
Вынесем множитель из .
Этап 10.10
Вынесем множитель из .
Этап 10.11
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 11
— локальный минимум, так как вторая производная положительная. Это называется тестом второй производной.
— локальный минимум
Этап 12
Этап 12.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 12.2
Упростим результат.
Этап 12.2.1
Применим правило умножения к .
Этап 12.2.2
Упростим числитель.
Этап 12.2.2.1
Перепишем в виде .
Этап 12.2.2.2
Возведем в степень .
Этап 12.2.2.3
Перепишем в виде .
Этап 12.2.2.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 12.2.2.3.2
Перепишем в виде .
Этап 12.2.2.4
Вынесем члены из-под знака корня.
Этап 12.2.3
Упростим члены.
Этап 12.2.3.1
Возведем в степень .
Этап 12.2.3.2
Сократим общий множитель и .
Этап 12.2.3.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 12.2.3.2.2
Сократим общие множители.
Этап 12.2.3.2.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 12.2.3.2.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 12.2.3.2.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 12.2.3.3
Объединим и .
Этап 12.2.3.4
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 12.2.4
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 12.2.5
Запишем каждое выражение с общим знаменателем , умножив на подходящий множитель .
Этап 12.2.5.1
Умножим на .
Этап 12.2.5.2
Умножим на .
Этап 12.2.6
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 12.2.7
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 12.2.8
Объединим и .
Этап 12.2.9
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 12.2.10
Перепишем в разложенном на множители виде.
Этап 12.2.10.1
Умножим на .
Этап 12.2.10.2
Умножим на .
Этап 12.2.10.3
Вычтем из .
Этап 12.2.11
Перепишем в виде .
Этап 12.2.12
Упростим знаменатель.
Этап 12.2.12.1
Перепишем в виде .
Этап 12.2.12.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 12.2.12.1.2
Перепишем в виде .
Этап 12.2.12.2
Вынесем члены из-под знака корня.
Этап 12.2.13
Умножим на .
Этап 12.2.14
Объединим и упростим знаменатель.
Этап 12.2.14.1
Умножим на .
Этап 12.2.14.2
Перенесем .
Этап 12.2.14.3
Возведем в степень .
Этап 12.2.14.4
Возведем в степень .
Этап 12.2.14.5
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 12.2.14.6
Добавим и .
Этап 12.2.14.7
Перепишем в виде .
Этап 12.2.14.7.1
С помощью запишем в виде .
Этап 12.2.14.7.2
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 12.2.14.7.3
Объединим и .
Этап 12.2.14.7.4
Сократим общий множитель .
Этап 12.2.14.7.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 12.2.14.7.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 12.2.14.7.5
Найдем экспоненту.
Этап 12.2.15
Объединим, используя правило умножения для радикалов.
Этап 12.2.16
Умножим на .
Этап 12.2.17
Окончательный ответ: .
Этап 13
Это локальные экстремумы .
— локальный минимум
Этап 14