Математический анализ Примеры

$\sin (\frac{x}{2})$

Этап 1

Запишем $\sin (\frac{x}{2})$ в виде функции.

$f (x) = \sin (\frac{x}{2})$

Этап 2

Find the $x$ values where the second derivative is equal to $0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1.1

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 $f (x) = \sin (x)$ и $g (x) = \frac{x}{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1.1.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $\frac{x}{2}$ .

$\frac{d}{d u} [\sin (u)] \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]$

Этап 2.1.1.1.2

Производная $\sin (u)$ по $u$ равна $\cos (u)$ .

$\cos (u) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]$

Этап 2.1.1.1.3

Заменим все вхождения $u$ на $\frac{x}{2}$ .

$\cos (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]$

Этап 2.1.1.2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1.2.1

Поскольку $\frac{1}{2}$ является константой относительно $x$ , производная $\frac{x}{2}$ по $x$ равна $\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x]$ .

$\cos (\frac{x}{2}) (\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x])$

Этап 2.1.1.2.2

Объединим $\frac{1}{2}$ и $\cos (\frac{x}{2})$ .

$\frac{\cos (\frac{x}{2})}{2} \frac{d}{d x} [x]$

Этап 2.1.1.2.3

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

$\frac{\cos (\frac{x}{2})}{2} \cdot 1$

Этап 2.1.1.2.4

Умножим $\frac{\cos (\frac{x}{2})}{2}$ на $1$ .

$f' (x) = \frac{\cos (\frac{x}{2})}{2}$

Этап 2.1.2

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.1

Поскольку $\frac{1}{2}$ является константой относительно $x$ , производная $\frac{\cos (\frac{x}{2})}{2}$ по $x$ равна $\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [\cos (\frac{x}{2})]$ .

$\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [\cos (\frac{x}{2})]$

Этап 2.1.2.2

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.2.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $\frac{x}{2}$ .

$\frac{1}{2} (\frac{d}{d u} [\cos (u)] \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}])$

Этап 2.1.2.2.2

Производная $\cos (u)$ по $u$ равна $- \sin (u)$ .

$\frac{1}{2} (- \sin (u) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}])$

Этап 2.1.2.2.3

Заменим все вхождения $u$ на $\frac{x}{2}$ .

$\frac{1}{2} (- \sin (\frac{x}{2}) \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}])$

Этап 2.1.2.3

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.3.1

Объединим $\frac{1}{2}$ и $\sin (\frac{x}{2})$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{2} \frac{d}{d x} [\frac{x}{2}]$

Этап 2.1.2.3.2

Поскольку $\frac{1}{2}$ является константой относительно $x$ , производная $\frac{x}{2}$ по $x$ равна $\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x]$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{2} (\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x])$

Этап 2.1.2.3.3

Объединим дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.3.3.1

Умножим $\frac{1}{2}$ на $\frac{\sin (\frac{x}{2})}{2}$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{2 \cdot 2} \frac{d}{d x} [x]$

Этап 2.1.2.3.3.2

Умножим $2$ на $2$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4} \frac{d}{d x} [x]$

Этап 2.1.2.3.4

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

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4} \cdot 1$

Этап 2.1.2.3.5

Умножим $- 1$ на $1$ .

$f'' (x) = - \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4}$

Этап 2.1.3

Вторая производная $f (x)$ по $x$ равна $- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4}$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4}$

Этап 2.2

Приравняем вторую производную к $0$ , затем найдем решение уравнения $- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4} = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

Пусть вторая производная равна $0$ .

$- \frac{\sin (\frac{x}{2})}{4} = 0$

Этап 2.2.2

Приравняем числитель к нулю.

$\sin (\frac{x}{2}) = 0$

Этап 2.2.3

Решим уравнение относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.1

Возьмем обратный синус обеих частей уравнения, чтобы извлечь $x$ из синуса.

$\frac{x}{2} = \arcsin (0)$

Этап 2.2.3.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.2.1

Точное значение $\arcsin (0)$ : $0$ .

$\frac{x}{2} = 0$

Этап 2.2.3.3

Приравняем числитель к нулю.

$x = 0$

Этап 2.2.3.4

Функция синуса положительна в первом и втором квадрантах. Для нахождения второго решения вычтем угол приведения из $π$ и найдем решение во втором квадранте.

$\frac{x}{2} = π - 0$

Этап 2.2.3.5

Решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.5.1

Умножим обе части уравнения на $2$ .

$2 \frac{x}{2} = 2 (π - 0)$

Этап 2.2.3.5.2

Упростим обе части уравнения.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.5.2.1

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.5.2.1.1

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.5.2.1.1.1

Сократим общий множитель.

$2 \frac{x}{2} = 2 (π - 0)$

Этап 2.2.3.5.2.1.1.2

Перепишем это выражение.

$x = 2 (π - 0)$

Этап 2.2.3.5.2.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.5.2.2.1

Вычтем $0$ из $π$ .

$x = 2 π$

Этап 2.2.3.6

Найдем период $\sin (\frac{x}{2})$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.3.6.1

Период функции можно вычислить по формуле $\frac{2 π}{| b |}$ .

$\frac{2 π}{| b |}$

Этап 2.2.3.6.2

Заменим $b$ на $\frac{1}{2}$ в формуле периода.

$\frac{2 π}{| \frac{1}{2} |}$

Этап 2.2.3.6.3

$\frac{1}{2}$ приблизительно равно $0.5$ . Это положительное число, поэтому вычтем абсолютное значение.

$\frac{2 π}{\frac{1}{2}}$

Этап 2.2.3.6.4

Умножим числитель на величину, обратную знаменателю.

$2 π \cdot 2$

Этап 2.2.3.6.5

Умножим $2$ на $2$ .

$4 π$

Этап 2.2.3.7

Период функции $\sin (\frac{x}{2})$ равен $4 π$ . Поэтому значения повторяются через каждые $4 π$ рад. в обоих направлениях.

$x = 4 π n, 2 π + 4 π n$ , для любого целого $n$

Этап 2.2.4

Объединим ответы.

$x = 2 π n$ , для любого целого $n$

Этап 3

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.

Интервальное представление:

$(- \infty, \infty)$

Обозначение построения множества:

${x | x \in ℝ}$

Этап 4

Создадим интервалы вокруг значений $x$ , в которых вторая производная равна нулю или не определена.

$(- \infty, \infty)$

Этап 5

Подставим любое число из интервала $(- \infty, \infty)$ в выражение для второй производной и вычислим выпуклость.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $0$ .

$f'' (0) = - \frac{\sin (\frac{0}{2})}{4}$

Этап 5.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1

Сократим общий множитель $0$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1.1

Вынесем множитель $2$ из $0$ .

$f'' (0) = - \frac{\sin (\frac{2 (0)}{2})}{4}$

Этап 5.2.1.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$f'' (0) = - \frac{\sin (\frac{2 \cdot 0}{2 \cdot 1})}{4}$

Этап 5.2.1.2.2

Сократим общий множитель.

$f'' (0) = - \frac{\sin (\frac{2 \cdot 0}{2 \cdot 1})}{4}$

Этап 5.2.1.2.3

Перепишем это выражение.

$f'' (0) = - \frac{\sin (\frac{0}{1})}{4}$

Этап 5.2.1.2.4

Разделим $0$ на $1$ .

$f'' (0) = - \frac{\sin (0)}{4}$

Этап 5.2.2

Точное значение $\sin (0)$ : $0$ .

$f'' (0) = - \frac{0}{4}$

Этап 5.2.3

Разделим $0$ на $4$ .

$f'' (0) = - 0$

Этап 5.2.4

Умножим $- 1$ на $0$ .

$f'' (0) = 0$

Этап 5.2.5

Окончательный ответ: $0$ .

$0$

Этап 5.3

График вогнут вверх на интервале $(- \infty, \infty)$ , поскольку $f'' (0)$ имеет положительное значение.

Вогнутость вверх на интервале $(- \infty, \infty)$ , поскольку $f'' (x)$ больше нуля

Этап 6