Analysis Beispiele

$f (x) = \frac{x}{x^{2} + 4}$

Schritt 1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 1.1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 1.1.1

Differenziere unter Anwendung der Quotientenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ gleich $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ ist mit $f (x) = x$ und $g (x) = x^{2} + 4$ .

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

Schritt 1.1.2

Differenziere.

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Schritt 1.1.2.1

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

$\frac{(x^{2} + 4) \cdot 1 - x \frac{d}{d x} [x^{2} + 4]}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.2.2

Mutltipliziere $x^{2} + 4$ mit $1$ .

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

Schritt 1.1.2.3

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{2} + 4$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [4]$ .

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

Schritt 1.1.2.4

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

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

Schritt 1.1.2.5

Da $4$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $4$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$\frac{x^{2} + 4 - x (2 x + 0)}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.2.6

Vereinfache den Ausdruck.

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Schritt 1.1.2.6.1

Addiere $2 x$ und $0$ .

$\frac{x^{2} + 4 - x (2 x)}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.2.6.2

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$\frac{x^{2} + 4 - 2 x \cdot x}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.3

Potenziere $x$ mit $1$ .

$\frac{x^{2} + 4 - 2 (x^{1} x)}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.4

Potenziere $x$ mit $1$ .

$\frac{x^{2} + 4 - 2 (x^{1} x^{1})}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.5

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$\frac{x^{2} + 4 - 2 x^{1 + 1}}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.6

Addiere $1$ und $1$ .

$\frac{x^{2} + 4 - 2 x^{2}}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 1.1.7

Subtrahiere $2 x^{2}$ von $x^{2}$ .

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

Schritt 1.2

Die erste Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $\frac{- x^{2} + 4}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$ .

$\frac{- x^{2} + 4}{{(x^{2} + 4)}^{2}}$

Schritt 2

Setze die erste Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $\frac{- x^{2} + 4}{{(x^{2} + 4)}^{2}} = 0$ .

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Schritt 2.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

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

Schritt 2.2

Setze den Zähler gleich Null.

$- x^{2} + 4 = 0$

Schritt 2.3

Löse die Gleichung nach $x$ auf.

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Schritt 2.3.1

Subtrahiere $4$ von beiden Seiten der Gleichung.

$- x^{2} = - 4$

Schritt 2.3.2

Teile jeden Ausdruck in $- x^{2} = - 4$ durch $- 1$ und vereinfache.

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Schritt 2.3.2.1

Teile jeden Ausdruck in $- x^{2} = - 4$ durch $- 1$ .

$\frac{- x^{2}}{- 1} = \frac{- 4}{- 1}$

Schritt 2.3.2.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 2.3.2.2.1

Dividieren zweier negativer Zahlen ergibt eine positive Zahl.

$\frac{x^{2}}{1} = \frac{- 4}{- 1}$

Schritt 2.3.2.2.2

Dividiere $x^{2}$ durch $1$ .

$x^{2} = \frac{- 4}{- 1}$

Schritt 2.3.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 2.3.2.3.1

Dividiere $- 4$ durch $- 1$ .

$x^{2} = 4$

Schritt 2.3.3

Ziehe die angegebene Wurzel auf beiden Seiten der Gleichung, um den Exponenten auf der linken Seite zu eliminieren.

$x = \pm \sqrt{4}$

Schritt 2.3.4

Vereinfache $\pm \sqrt{4}$ .

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Schritt 2.3.4.1

Schreibe $4$ als $2^{2}$ um.

$x = \pm \sqrt{2^{2}}$

Schritt 2.3.4.2

Ziehe Terme aus der Wurzel heraus unter der Annahme positiver reeller Zahlen.

$x = \pm 2$

Schritt 2.3.5

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

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Schritt 2.3.5.1

Verwende zunächst den positiven Wert des $\pm$ , um die erste Lösung zu finden.

$x = 2$

Schritt 2.3.5.2

Als Nächstes verwende den negativen Wert von $\pm$ , um die zweite Lösung zu finden.

$x = - 2$

Schritt 2.3.5.3

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

$x = 2, - 2$

Schritt 3

Ermittle die Werte, wo die Ableitung nicht definiert ist.

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Schritt 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 4

Werte $\frac{x}{x^{2} + 4}$ an jeden $x$ Wert aus, wo die Ableitung $0$ ist oder nicht definiert ist.

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Schritt 4.1

Berechne bei $x = 2$ .

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Schritt 4.1.1

Ersetze $x$ durch $2$ .

$\frac{2}{{(2)}^{2} + 4}$

Schritt 4.1.2

Vereinfache.

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Schritt 4.1.2.1

Vereinfache den Nenner.

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Schritt 4.1.2.1.1

Potenziere $2$ mit $2$ .

$\frac{2}{4 + 4}$

Schritt 4.1.2.1.2

Addiere $4$ und $4$ .

$\frac{2}{8}$

Schritt 4.1.2.2

Kürze den gemeinsamen Teiler von $2$ und $8$ .

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Schritt 4.1.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $2$ heraus.

$\frac{2 (1)}{8}$

Schritt 4.1.2.2.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 4.1.2.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $8$ heraus.

$\frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 4}$

Schritt 4.1.2.2.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 4}$

Schritt 4.1.2.2.2.3

Forme den Ausdruck um.

$\frac{1}{4}$

Schritt 4.2

Berechne bei $x = - 2$ .

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Schritt 4.2.1

Ersetze $x$ durch $- 2$ .

$\frac{- 2}{{(- 2)}^{2} + 4}$

Schritt 4.2.2

Vereinfache.

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Schritt 4.2.2.1

Vereinfache den Nenner.

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Schritt 4.2.2.1.1

Potenziere $- 2$ mit $2$ .

$\frac{- 2}{4 + 4}$

Schritt 4.2.2.1.2

Addiere $4$ und $4$ .

$\frac{- 2}{8}$

Schritt 4.2.2.2

Vereinfache den Ausdruck durch Kürzen der gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 4.2.2.2.1

Kürze den gemeinsamen Teiler von $- 2$ und $8$ .

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Schritt 4.2.2.2.1.1

Faktorisiere $2$ aus $- 2$ heraus.

$\frac{2 (- 1)}{8}$

Schritt 4.2.2.2.1.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 4.2.2.2.1.2.1

Faktorisiere $2$ aus $8$ heraus.

$\frac{2 \cdot - 1}{2 \cdot 4}$

Schritt 4.2.2.2.1.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{2 \cdot - 1}{2 \cdot 4}$

Schritt 4.2.2.2.1.2.3

Forme den Ausdruck um.

$\frac{- 1}{4}$

Schritt 4.2.2.2.2

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{1}{4}$

Schritt 4.3

Liste all Punkte auf.

$(2, \frac{1}{4}), (- 2, - \frac{1}{4})$

Schritt 5