Математический анализ Примеры

Найти локальный максимум и минимум f(x)=sin(x)*cos(x)^3
Этап 1
Найдем первую производную функции.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.1
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 1.2
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.2.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 1.2.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 1.2.3
Заменим все вхождения на .
Этап 1.3
Перенесем влево от .
Этап 1.4
Производная по равна .
Этап 1.5
Умножим на .
Этап 1.6
Возведем в степень .
Этап 1.7
Возведем в степень .
Этап 1.8
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 1.9
Добавим и .
Этап 1.10
Производная по равна .
Этап 1.11
Умножим на , сложив экспоненты.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.11.1
Умножим на .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 1.11.1.1
Возведем в степень .
Этап 1.11.1.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 1.11.2
Добавим и .
Этап 1.12
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
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.3.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.2.3.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.2.3.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.2.4
Производная по равна .
Этап 2.2.5
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.5.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.2.5.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.2.5.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.2.6
Производная по равна .
Этап 2.2.7
Умножим на , сложив экспоненты.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.7.1
Перенесем .
Этап 2.2.7.2
Умножим на .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.7.2.1
Возведем в степень .
Этап 2.2.7.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.2.7.3
Добавим и .
Этап 2.2.8
Перенесем влево от .
Этап 2.2.9
Умножим на .
Этап 2.2.10
Умножим на , сложив экспоненты.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.10.1
Перенесем .
Этап 2.2.10.2
Умножим на .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.10.2.1
Возведем в степень .
Этап 2.2.10.2.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.2.10.3
Добавим и .
Этап 2.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.3.1
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.3.1.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.3.1.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.3.1.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.3.2
Производная по равна .
Этап 2.3.3
Умножим на .
Этап 2.4
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.4.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.4.2
Объединим термины.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.4.2.1
Умножим на .
Этап 2.4.2.2
Умножим на .
Этап 2.4.2.3
Вычтем из .
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 указанный корень от обеих частей уравнения, чтобы исключить член со степенью в левой части.
Этап 6.2.2
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.2.1
Перепишем в виде .
Этап 6.2.2.2
Вынесем члены из-под знака корня, предполагая, что вещественные числа являются положительными.
Этап 6.2.2.3
Плюс или минус равно .
Этап 6.2.3
Возьмем обратный косинус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из косинуса.
Этап 6.2.4
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.4.1
Точное значение : .
Этап 6.2.5
Функция косинуса положительна в первом и четвертом квадрантах. Чтобы найти второе решение, вычтем угол приведения из и найдем решение в четвертом квадранте.
Этап 6.2.6
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.1
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 6.2.6.2
Объединим дроби.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.2.1
Объединим и .
Этап 6.2.6.2.2
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 6.2.6.3
Упростим числитель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.3.1
Умножим на .
Этап 6.2.6.3.2
Вычтем из .
Этап 6.2.7
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
Заменим на на основе тождества .
Этап 7.2.2
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.2.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 7.2.2.2
Умножим на .
Этап 7.2.2.3
Умножим на .
Этап 7.2.3
Добавим и .
Этап 7.2.4
Упорядочим многочлен.
Этап 7.2.5
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 7.2.6
Разделим каждый член на и упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.6.1
Разделим каждый член на .
Этап 7.2.6.2
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.6.2.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.6.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 7.2.6.2.1.2
Разделим на .
Этап 7.2.7
Возьмем указанный корень от обеих частей уравнения, чтобы исключить член со степенью в левой части.
Этап 7.2.8
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.8.1
Перепишем в виде .
Этап 7.2.8.2
Упростим знаменатель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.8.2.1
Перепишем в виде .
Этап 7.2.8.2.2
Вынесем члены из-под знака корня, предполагая, что вещественные числа являются положительными.
Этап 7.2.9
Полное решение является результатом как положительных, так и отрицательных частей решения.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.9.1
Сначала с помощью положительного значения найдем первое решение.
Этап 7.2.9.2
Затем, используя отрицательное значение , найдем второе решение.
Этап 7.2.9.3
Полное решение является результатом как положительных, так и отрицательных частей решения.
Этап 7.2.10
Выпишем каждое выражение, чтобы найти решение для .
Этап 7.2.11
Решим относительно в .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.11.1
Возьмем обратный косинус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из косинуса.
Этап 7.2.11.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.11.2.1
Точное значение : .
Этап 7.2.11.3
Функция косинуса положительна в первом и четвертом квадрантах. Чтобы найти второе решение, вычтем угол приведения из и найдем решение в четвертом квадранте.
Этап 7.2.11.4
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.11.4.1
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 7.2.11.4.2
Объединим дроби.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.11.4.2.1
Объединим и .
Этап 7.2.11.4.2.2
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 7.2.11.4.3
Упростим числитель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.11.4.3.1
Умножим на .
Этап 7.2.11.4.3.2
Вычтем из .
Этап 7.2.11.5
Решение уравнения .
Этап 7.2.12
Решим относительно в .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.12.1
Возьмем обратный косинус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из косинуса.
Этап 7.2.12.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.12.2.1
Точное значение : .
Этап 7.2.12.3
Функция косинуса отрицательна во втором и третьем квадрантах. Чтобы найти второе решение, вычтем угол приведения из и найдем решение в третьем квадранте.
Этап 7.2.12.4
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.12.4.1
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 7.2.12.4.2
Объединим дроби.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.12.4.2.1
Объединим и .
Этап 7.2.12.4.2.2
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 7.2.12.4.3
Упростим числитель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.2.12.4.3.1
Умножим на .
Этап 7.2.12.4.3.2
Вычтем из .
Этап 7.2.12.5
Решение уравнения .
Этап 7.2.13
Перечислим все решения.
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
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 10.1.3
Умножим на .
Этап 10.1.4
Точное значение : .
Этап 10.1.5
Умножим на .
Этап 10.1.6
Точное значение : .
Этап 10.1.7
Единица в любой степени равна единице.
Этап 10.1.8
Умножим на .
Этап 10.1.9
Точное значение : .
Этап 10.1.10
Умножим на .
Этап 10.2
Добавим и .
Этап 11
Поскольку есть по крайней мере одна точка с или неопределенной второй производной, изучим изменение знака первой производной.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.1
Разобьем на отдельные интервалы в окрестности значений , при которых первая производная равна или не определена.
Этап 11.2
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.2.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.2.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.2.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.2.2.1.1
Точное значение : .
Этап 11.2.2.1.2
Единица в любой степени равна единице.
Этап 11.2.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.2.2.1.4
Точное значение : .
Этап 11.2.2.1.5
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 11.2.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.2.2.1.7
Точное значение : .
Этап 11.2.2.1.8
Единица в любой степени равна единице.
Этап 11.2.2.2
Добавим и .
Этап 11.2.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.3
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.3.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.3.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.3.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.3.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.3.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.3.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.3.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.3.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.3.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.3.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.3.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.3.2.2
Добавим и .
Этап 11.3.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.4
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.4.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.4.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.4.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.4.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.4.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.4.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.4.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.4.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.4.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.4.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.4.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.4.2.2
Добавим и .
Этап 11.4.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.5
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.5.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.5.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.5.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.5.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.5.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.5.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.5.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.5.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.5.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.5.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.5.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.5.2.2
Добавим и .
Этап 11.5.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.6
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.6.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.6.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.6.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.6.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.6.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.6.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.6.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.6.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.6.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.6.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.6.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.6.2.2
Добавим и .
Этап 11.6.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.7
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.7.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.7.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.7.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.7.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.7.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.7.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.7.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.7.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.7.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.7.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.7.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.7.2.2
Добавим и .
Этап 11.7.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.8
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.8.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 11.8.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.8.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.8.2.1.1
Найдем значение .
Этап 11.8.2.1.2
Возведем в степень .
Этап 11.8.2.1.3
Умножим на .
Этап 11.8.2.1.4
Найдем значение .
Этап 11.8.2.1.5
Возведем в степень .
Этап 11.8.2.1.6
Умножим на .
Этап 11.8.2.1.7
Найдем значение .
Этап 11.8.2.1.8
Возведем в степень .
Этап 11.8.2.2
Добавим и .
Этап 11.8.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 11.9
Поскольку первая производная меняет знак с положительного на отрицательный в окрестности ,  — локальный максимум.
 — локальный максимум
Этап 11.10
Поскольку первая производная не меняет знак в окрестности , в этой точке нет ни локального максимума, ни локального минимума.
Не локальный максимум или минимум
Этап 11.11
Поскольку первая производная меняет знак с отрицательного на положительный в окрестности ,  — локальный минимум.
 — локальный минимум
Этап 11.12
Поскольку первая производная меняет знак с положительного на отрицательный в окрестности ,  — локальный максимум.
 — локальный максимум
Этап 11.13
Поскольку первая производная не меняет знак в окрестности , в этой точке нет ни локального максимума, ни локального минимума.
Не локальный максимум или минимум
Этап 11.14
Это локальные экстремумы .
 — локальный максимум
 — локальный минимум
 — локальный максимум
 — локальный максимум
 — локальный минимум
 — локальный максимум
Этап 12