Введите задачу...
Математический анализ Примеры
Этап 1
Запишем в виде функции.
Этап 2
Этап 2.1
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что имеет вид , где и .
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 2.7.4
Объединим и .
Этап 2.8
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.9
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 2.10
Добавим и .
Этап 2.11
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.12
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.13
Объединим дроби.
Этап 2.13.1
Умножим на .
Этап 2.13.2
Объединим и .
Этап 2.13.3
Упростим выражение.
Этап 2.13.3.1
Перенесем влево от .
Этап 2.13.3.2
Перепишем в виде .
Этап 2.13.3.3
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.14
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.15
Умножим на .
Этап 2.16
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 2.17
Объединим и .
Этап 2.18
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.19
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 2.19.1
Перенесем .
Этап 2.19.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.19.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.19.4
Добавим и .
Этап 2.19.5
Разделим на .
Этап 2.20
Упростим .
Этап 2.21
Перенесем влево от .
Этап 2.22
Упростим.
Этап 2.22.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.22.2
Упростим числитель.
Этап 2.22.2.1
Упростим каждый член.
Этап 2.22.2.1.1
Умножим на .
Этап 2.22.2.1.2
Умножим на .
Этап 2.22.2.2
Вычтем из .
Этап 2.22.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.3.2
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.3.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.4
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.5
Перепишем в виде .
Этап 2.22.6
Вынесем множитель из .
Этап 2.22.7
Перепишем в виде .
Этап 2.22.8
Вынесем знак минуса перед дробью.
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
Продифференцируем.
Этап 3.3.1
Перемножим экспоненты в .
Этап 3.3.1.1
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 3.3.1.2
Умножим .
Этап 3.3.1.2.1
Объединим и .
Этап 3.3.1.2.2
Умножим на .
Этап 3.3.2
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 3.3.3
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.3.4
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 3.3.5
Упростим выражение.
Этап 3.3.5.1
Добавим и .
Этап 3.3.5.2
Умножим на .
Этап 3.4
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 3.4.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 3.4.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.4.3
Заменим все вхождения на .
Этап 3.5
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 3.6
Объединим и .
Этап 3.7
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.8
Упростим числитель.
Этап 3.8.1
Умножим на .
Этап 3.8.2
Вычтем из .
Этап 3.9
Объединим дроби.
Этап 3.9.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 3.9.2
Объединим и .
Этап 3.9.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 3.10
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 3.11
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 3.12
Добавим и .
Этап 3.13
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.14
Умножим.
Этап 3.14.1
Умножим на .
Этап 3.14.2
Умножим на .
Этап 3.15
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.16
Объединим дроби.
Этап 3.16.1
Умножим на .
Этап 3.16.2
Умножим на .
Этап 3.16.3
Упорядочим.
Этап 3.16.3.1
Перенесем влево от .
Этап 3.16.3.2
Перенесем влево от .
Этап 3.17
Упростим.
Этап 3.17.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.17.2
Упростим числитель.
Этап 3.17.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.2.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.2.1.2
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.2.1.3
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.2.2
Умножим на .
Этап 3.17.2.3
Перенесем влево от .
Этап 3.17.2.4
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 3.17.2.5
Объединим и .
Этап 3.17.2.6
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.17.2.7
Перепишем в разложенном на множители виде.
Этап 3.17.2.7.1
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 3.17.2.7.2
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.17.2.7.2.1
Перенесем .
Этап 3.17.2.7.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.17.2.7.2.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.17.2.7.2.4
Добавим и .
Этап 3.17.2.7.2.5
Разделим на .
Этап 3.17.2.7.3
Упростим .
Этап 3.17.2.7.4
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.17.2.7.5
Умножим на .
Этап 3.17.2.7.6
Умножим на .
Этап 3.17.2.7.7
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 3.17.2.7.8
Умножим на .
Этап 3.17.2.7.9
Вычтем из .
Этап 3.17.2.7.10
Добавим и .
Этап 3.17.3
Объединим термины.
Этап 3.17.3.1
Объединим и .
Этап 3.17.3.2
Перепишем в виде произведения.
Этап 3.17.3.3
Умножим на .
Этап 3.17.3.4
Умножим на .
Этап 3.17.3.5
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 3.17.3.5.1
Перенесем .
Этап 3.17.3.5.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 3.17.3.5.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 3.17.3.5.4
Добавим и .
Этап 3.17.4
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.5
Перепишем в виде .
Этап 3.17.6
Вынесем множитель из .
Этап 3.17.7
Перепишем в виде .
Этап 3.17.8
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 3.17.9
Умножим на .
Этап 3.17.10
Умножим на .
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
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что имеет вид , где и .
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 5.1.7.4
Объединим и .
Этап 5.1.8
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 5.1.9
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 5.1.10
Добавим и .
Этап 5.1.11
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 5.1.12
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 5.1.13
Объединим дроби.
Этап 5.1.13.1
Умножим на .
Этап 5.1.13.2
Объединим и .
Этап 5.1.13.3
Упростим выражение.
Этап 5.1.13.3.1
Перенесем влево от .
Этап 5.1.13.3.2
Перепишем в виде .
Этап 5.1.13.3.3
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 5.1.14
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 5.1.15
Умножим на .
Этап 5.1.16
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 5.1.17
Объединим и .
Этап 5.1.18
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 5.1.19
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 5.1.19.1
Перенесем .
Этап 5.1.19.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 5.1.19.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 5.1.19.4
Добавим и .
Этап 5.1.19.5
Разделим на .
Этап 5.1.20
Упростим .
Этап 5.1.21
Перенесем влево от .
Этап 5.1.22
Упростим.
Этап 5.1.22.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 5.1.22.2
Упростим числитель.
Этап 5.1.22.2.1
Упростим каждый член.
Этап 5.1.22.2.1.1
Умножим на .
Этап 5.1.22.2.1.2
Умножим на .
Этап 5.1.22.2.2
Вычтем из .
Этап 5.1.22.3
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.3.2
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.3.3
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.4
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.5
Перепишем в виде .
Этап 5.1.22.6
Вынесем множитель из .
Этап 5.1.22.7
Перепишем в виде .
Этап 5.1.22.8
Вынесем знак минуса перед дробью.
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
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 6.3.1.1
Разделим каждый член на .
Этап 6.3.1.2
Упростим левую часть.
Этап 6.3.1.2.1
Сократим общий множитель .
Этап 6.3.1.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.3.1.2.1.2
Разделим на .
Этап 6.3.1.3
Упростим правую часть.
Этап 6.3.1.3.1
Разделим на .
Этап 6.3.2
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 7
Этап 7.1
Применим правило , чтобы представить возведение в степень в виде радикала.
Этап 7.2
Зададим знаменатель в равным , чтобы узнать, где данное выражение не определено.
Этап 7.3
Решим относительно .
Этап 7.3.1
Чтобы избавиться от радикала в левой части уравнения, возведем обе части уравнения в куб.
Этап 7.3.2
Упростим каждую часть уравнения.
Этап 7.3.2.1
С помощью запишем в виде .
Этап 7.3.2.2
Упростим левую часть.
Этап 7.3.2.2.1
Упростим .
Этап 7.3.2.2.1.1
Применим правило умножения к .
Этап 7.3.2.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 7.3.2.2.1.3
Перемножим экспоненты в .
Этап 7.3.2.2.1.3.1
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 7.3.2.2.1.3.2
Сократим общий множитель .
Этап 7.3.2.2.1.3.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 7.3.2.2.1.3.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 7.3.2.3
Упростим правую часть.
Этап 7.3.2.3.1
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 7.3.3
Решим относительно .
Этап 7.3.3.1
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 7.3.3.1.1
Разделим каждый член на .
Этап 7.3.3.1.2
Упростим левую часть.
Этап 7.3.3.1.2.1
Сократим общий множитель .
Этап 7.3.3.1.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 7.3.3.1.2.1.2
Разделим на .
Этап 7.3.3.1.3
Упростим правую часть.
Этап 7.3.3.1.3.1
Разделим на .
Этап 7.3.3.2
Приравняем к .
Этап 7.3.3.3
Решим относительно .
Этап 7.3.3.3.1
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 7.3.3.3.2
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 7.3.3.3.2.1
Разделим каждый член на .
Этап 7.3.3.3.2.2
Упростим левую часть.
Этап 7.3.3.3.2.2.1
Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.
Этап 7.3.3.3.2.2.2
Разделим на .
Этап 7.3.3.3.2.3
Упростим правую часть.
Этап 7.3.3.3.2.3.1
Разделим на .
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
Вынесем множитель из .
Этап 10.2
Сократим общие множители.
Этап 10.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 10.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 10.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 10.3
Вычтем из .
Этап 10.4
Упростим знаменатель.
Этап 10.4.1
Умножим на .
Этап 10.4.2
Вычтем из .
Этап 10.5
Упростим выражение.
Этап 10.5.1
Умножим на .
Этап 10.5.2
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 11
— локальный максимум, так как вторая производная отрицательная. Это называется тестом второй производной.
— локальный максимум
Этап 12
Этап 12.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 12.2
Упростим результат.
Этап 12.2.1
Умножим на .
Этап 12.2.2
Вычтем из .
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
Этап 14.1
Упростим выражение.
Этап 14.1.1
Умножим на .
Этап 14.1.2
Вычтем из .
Этап 14.1.3
Перепишем в виде .
Этап 14.1.4
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 14.2
Сократим общий множитель .
Этап 14.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 14.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 14.3
Упростим выражение.
Этап 14.3.1
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 14.3.2
Умножим на .
Этап 14.3.3
Выражение содержит деление на . Выражение не определено.
Неопределенные
Этап 14.4
Выражение содержит деление на . Выражение не определено.
Неопределенные
Неопределенные
Этап 15
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).
Этап 15.2.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.2.2
Упростим результат.
Этап 15.2.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 15.2.2.2
Сократим общие множители.
Этап 15.2.2.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 15.2.2.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 15.2.2.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 15.2.2.3
Вычтем из .
Этап 15.2.2.4
Упростим знаменатель.
Этап 15.2.2.4.1
Вычтем из .
Этап 15.2.2.4.2
Перепишем в виде .
Этап 15.2.2.4.3
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 15.2.2.4.4
Сократим общий множитель .
Этап 15.2.2.4.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 15.2.2.4.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 15.2.2.4.5
Возведем в степень .
Этап 15.2.2.5
Упростим выражение.
Этап 15.2.2.5.1
Умножим на .
Этап 15.2.2.5.2
Разделим на .
Этап 15.2.2.5.3
Умножим на .
Этап 15.2.2.6
Окончательный ответ: .
Этап 15.3
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Этап 15.3.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.3.2
Упростим результат.
Этап 15.3.2.1
Вычтем из .
Этап 15.3.2.2
Упростим знаменатель.
Этап 15.3.2.2.1
Умножим на .
Этап 15.3.2.2.2
Вычтем из .
Этап 15.3.2.2.3
Единица в любой степени равна единице.
Этап 15.3.2.3
Упростим.
Этап 15.3.2.3.1
Умножим на .
Этап 15.3.2.3.2
Умножим на .
Этап 15.3.2.4
Окончательный ответ: .
Этап 15.4
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Этап 15.4.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 15.4.2
Упростим результат.
Этап 15.4.2.1
Вычтем из .
Этап 15.4.2.2
Упростим знаменатель.
Этап 15.4.2.2.1
Умножим на .
Этап 15.4.2.2.2
Вычтем из .
Этап 15.4.2.3
Умножим на .
Этап 15.4.2.4
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 не меняет знак в окрестности , в этой точке нет ни локального максимума, ни локального минимума.
Не локальный максимум или минимум
Этап 15.7
Это локальные экстремумы .
— локальный максимум
— локальный максимум
Этап 16