Analysis Beispiele

$f (x) = 5 x^{2} - 3 x - 1$ , $[- 1, 3]$

Schritt 1

Ermittle die kritischen Punkte.

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Schritt 1.1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 1.1.1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 1.1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $5 x^{2} - 3 x - 1$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [5 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 3 x] + \frac{d}{d x} [- 1]$ .

$\frac{d}{d x} [5 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 3 x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [5 x^{2}]$ .

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Schritt 1.1.1.2.1

Da $5$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $5 x^{2}$ nach $x$ gleich $5 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$5 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 3 x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.2.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 2$ .

$5 (2 x) + \frac{d}{d x} [- 3 x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.2.3

Mutltipliziere $2$ mit $5$ .

$10 x + \frac{d}{d x} [- 3 x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 3 x]$ .

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Schritt 1.1.1.3.1

Da $- 3$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 3 x$ nach $x$ gleich $- 3 \frac{d}{d x} [x]$ .

$10 x - 3 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.3.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 1$ .

$10 x - 3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.3.3

Mutltipliziere $- 3$ mit $1$ .

$10 x - 3 + \frac{d}{d x} [- 1]$

Schritt 1.1.1.4

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

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Schritt 1.1.1.4.1

Da $- 1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 1$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$10 x - 3 + 0$

Schritt 1.1.1.4.2

Addiere $10 x - 3$ und $0$ .

$f' (x) = 10 x - 3$

Schritt 1.1.2

Die erste Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $10 x - 3$ .

$10 x - 3$

Schritt 1.2

Setze die erste Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $10 x - 3 = 0$ .

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Schritt 1.2.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

$10 x - 3 = 0$

Schritt 1.2.2

Addiere $3$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$10 x = 3$

Schritt 1.2.3

Teile jeden Ausdruck in $10 x = 3$ durch $10$ und vereinfache.

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Schritt 1.2.3.1

Teile jeden Ausdruck in $10 x = 3$ durch $10$ .

$\frac{10 x}{10} = \frac{3}{10}$

Schritt 1.2.3.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 1.2.3.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $10$ .

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Schritt 1.2.3.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{10 x}{10} = \frac{3}{10}$

Schritt 1.2.3.2.1.2

Dividiere $x$ durch $1$ .

$x = \frac{3}{10}$

Schritt 1.3

Ermittle die Werte, wo die Ableitung nicht definiert ist.

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Schritt 1.3.1

Der Definitionsbereich umfasst alle reellen Zahlen, ausgenommen jene, für die der Ausdruck nicht definiert ist. In diesem Fall gibt es keine reellen Zahlen, für die der Ausdruck nicht definiert ist.

Schritt 1.4

Werte $5 x^{2} - 3 x - 1$ an jeden $x$ Wert aus, wo die Ableitung $0$ ist oder nicht definiert ist.

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Schritt 1.4.1

Berechne bei $x = \frac{3}{10}$ .

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Schritt 1.4.1.1

Ersetze $x$ durch $\frac{3}{10}$ .

$5 {(\frac{3}{10})}^{2} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2

Vereinfache.

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Schritt 1.4.1.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.4.1.2.1.1

Wende die Produktregel auf $\frac{3}{10}$ an.

$5 \frac{3^{2}}{10^{2}} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.2

Potenziere $3$ mit $2$ .

$5 \frac{9}{10^{2}} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.3

Potenziere $10$ mit $2$ .

$5 (\frac{9}{100}) - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.4

Kürze den gemeinsamen Faktor von $5$ .

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Schritt 1.4.1.2.1.4.1

Faktorisiere $5$ aus $100$ heraus.

$5 \frac{9}{5 (20)} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.4.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$5 \frac{9}{5 \cdot 20} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.4.3

Forme den Ausdruck um.

$\frac{9}{20} - 3 (\frac{3}{10}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.5

Multipliziere $- 3 (\frac{3}{10})$ .

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Schritt 1.4.1.2.1.5.1

Kombiniere $- 3$ und $\frac{3}{10}$ .

$\frac{9}{20} + \frac{- 3 \cdot 3}{10} - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.5.2

Mutltipliziere $- 3$ mit $3$ .

$\frac{9}{20} + \frac{- 9}{10} - 1$

Schritt 1.4.1.2.1.6

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$\frac{9}{20} - \frac{9}{10} - 1$

Schritt 1.4.1.2.2

Ermittle den gemeinsamen Nenner.

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Schritt 1.4.1.2.2.1

Mutltipliziere $\frac{9}{10}$ mit $\frac{2}{2}$ .

$\frac{9}{20} - (\frac{9}{10} \cdot \frac{2}{2}) - 1$

Schritt 1.4.1.2.2.2

Mutltipliziere $\frac{9}{10}$ mit $\frac{2}{2}$ .

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{10 \cdot 2} - 1$

Schritt 1.4.1.2.2.3

Schreibe $- 1$ als einen Bruch mit dem Nenner $1$ .

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{10 \cdot 2} + \frac{- 1}{1}$

Schritt 1.4.1.2.2.4

Mutltipliziere $\frac{- 1}{1}$ mit $\frac{20}{20}$ .

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{10 \cdot 2} + \frac{- 1}{1} \cdot \frac{20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.2.5

Mutltipliziere $\frac{- 1}{1}$ mit $\frac{20}{20}$ .

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{10 \cdot 2} + \frac{- 1 \cdot 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.2.6

Stelle die Faktoren von $10 \cdot 2$ um.

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{2 \cdot 10} + \frac{- 1 \cdot 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.2.7

Mutltipliziere $2$ mit $10$ .

$\frac{9}{20} - \frac{9 \cdot 2}{20} + \frac{- 1 \cdot 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.3

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{9 - 9 \cdot 2 - 1 \cdot 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.4

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.4.1.2.4.1

Mutltipliziere $- 9$ mit $2$ .

$\frac{9 - 18 - 1 \cdot 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.4.2

Mutltipliziere $- 1$ mit $20$ .

$\frac{9 - 18 - 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.5

Vereinfache den Ausdruck.

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Schritt 1.4.1.2.5.1

Subtrahiere $18$ von $9$ .

$\frac{- 9 - 20}{20}$

Schritt 1.4.1.2.5.2

Subtrahiere $20$ von $- 9$ .

$\frac{- 29}{20}$

Schritt 1.4.1.2.5.3

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{29}{20}$

Schritt 1.4.2

Liste all Punkte auf.

$(\frac{3}{10}, - \frac{29}{20})$

Schritt 2

Werte die enthaltenen Endpunkte aus.

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Schritt 2.1

Berechne bei $x = - 1$ .

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Schritt 2.1.1

Ersetze $x$ durch $- 1$ .

$5 {(- 1)}^{2} - 3 \cdot - 1 - 1$

Schritt 2.1.2

Vereinfache.

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Schritt 2.1.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 2.1.2.1.1

Potenziere $- 1$ mit $2$ .

$5 \cdot 1 - 3 \cdot - 1 - 1$

Schritt 2.1.2.1.2

Mutltipliziere $5$ mit $1$ .

$5 - 3 \cdot - 1 - 1$

Schritt 2.1.2.1.3

Mutltipliziere $- 3$ mit $- 1$ .

$5 + 3 - 1$

Schritt 2.1.2.2

Vereinfache durch Addieren und Subtrahieren.

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Schritt 2.1.2.2.1

Addiere $5$ und $3$ .

$8 - 1$

Schritt 2.1.2.2.2

Subtrahiere $1$ von $8$ .

$7$

Schritt 2.2

Berechne bei $x = 3$ .

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Schritt 2.2.1

Ersetze $x$ durch $3$ .

$5 {(3)}^{2} - 3 \cdot 3 - 1$

Schritt 2.2.2

Vereinfache.

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Schritt 2.2.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 2.2.2.1.1

Potenziere $3$ mit $2$ .

$5 \cdot 9 - 3 \cdot 3 - 1$

Schritt 2.2.2.1.2

Mutltipliziere $5$ mit $9$ .

$45 - 3 \cdot 3 - 1$

Schritt 2.2.2.1.3

Mutltipliziere $- 3$ mit $3$ .

$45 - 9 - 1$

Schritt 2.2.2.2

Vereinfache durch Substrahieren von Zahlen.

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Schritt 2.2.2.2.1

Subtrahiere $9$ von $45$ .

$36 - 1$

Schritt 2.2.2.2.2

Subtrahiere $1$ von $36$ .

$35$

Schritt 2.3

Liste all Punkte auf.

$(- 1, 7), (3, 35)$

Schritt 3

Vergleiche die für jeden Wert von $x$ gefundenen $f (x)$ -Werte, um das absolute Maximum und das absolute Minimum im angegebenen Intervall zu bestimmen. Das Maximum wird beim größten $f (x)$ -Wert und das Minimum beim niedrigsten $f (x)$ -Wert auftreten.

Absolutes Maximum: $(3, 35)$

Absolutes Minimum: $(\frac{3}{10}, - \frac{29}{20})$

Schritt 4