Analysis Beispiele

$32 e^{x} - e^{2 x}$

Schritt 1

Schreibe $32 e^{x} - e^{2 x}$ als Funktion.

$f (x) = 32 e^{x} - e^{2 x}$

Schritt 2

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

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Schritt 2.1

Bestimme die zweite Ableitung.

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Schritt 2.1.1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 2.1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $32 e^{x} - e^{2 x}$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [32 e^{x}] + \frac{d}{d x} [- e^{2 x}]$ .

$\frac{d}{d x} [32 e^{x}] + \frac{d}{d x} [- e^{2 x}]$

Schritt 2.1.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [32 e^{x}]$ .

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Schritt 2.1.1.2.1

Da $32$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $32 e^{x}$ nach $x$ gleich $32 \frac{d}{d x} [e^{x}]$ .

$32 \frac{d}{d x} [e^{x}] + \frac{d}{d x} [- e^{2 x}]$

Schritt 2.1.1.2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ gleich $a^{x} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$32 e^{x} + \frac{d}{d x} [- e^{2 x}]$

Schritt 2.1.1.3

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

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Schritt 2.1.1.3.1

Da $- 1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- e^{2 x}$ nach $x$ gleich $- \frac{d}{d x} [e^{2 x}]$ .

$32 e^{x} - \frac{d}{d x} [e^{2 x}]$

Schritt 2.1.1.3.2

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = e^{x}$ und $g (x) = 2 x$ .

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Schritt 2.1.1.3.2.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u$ durch $2 x$ .

$32 e^{x} - (\frac{d}{d u} [e^{u}] \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.1.3.2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d u} [a^{u}]$ gleich $a^{u} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$32 e^{x} - (e^{u} \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.1.3.2.3

Ersetze alle $u$ durch $2 x$ .

$32 e^{x} - (e^{2 x} \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.1.3.3

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

$32 e^{x} - (e^{2 x} (2 \frac{d}{d x} [x]))$

Schritt 2.1.1.3.4

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

$32 e^{x} - (e^{2 x} (2 \cdot 1))$

Schritt 2.1.1.3.5

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$32 e^{x} - (e^{2 x} \cdot 2)$

Schritt 2.1.1.3.6

Bringe $2$ auf die linke Seite von $e^{2 x}$ .

$32 e^{x} - (2 \cdot e^{2 x})$

Schritt 2.1.1.3.7

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$f' (x) = 32 e^{x} - 2 e^{2 x}$

Schritt 2.1.2

Bestimme die zweite Ableitung.

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Schritt 2.1.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $32 e^{x} - 2 e^{2 x}$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [32 e^{x}] + \frac{d}{d x} [- 2 e^{2 x}]$ .

$\frac{d}{d x} [32 e^{x}] + \frac{d}{d x} [- 2 e^{2 x}]$

Schritt 2.1.2.2

Berechne $\frac{d}{d x} [32 e^{x}]$ .

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Schritt 2.1.2.2.1

Da $32$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $32 e^{x}$ nach $x$ gleich $32 \frac{d}{d x} [e^{x}]$ .

$32 \frac{d}{d x} [e^{x}] + \frac{d}{d x} [- 2 e^{2 x}]$

Schritt 2.1.2.2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ gleich $a^{x} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$32 e^{x} + \frac{d}{d x} [- 2 e^{2 x}]$

Schritt 2.1.2.3

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

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Schritt 2.1.2.3.1

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

$32 e^{x} - 2 \frac{d}{d x} [e^{2 x}]$

Schritt 2.1.2.3.2

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = e^{x}$ und $g (x) = 2 x$ .

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Schritt 2.1.2.3.2.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u$ durch $2 x$ .

$32 e^{x} - 2 (\frac{d}{d u} [e^{u}] \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.2.3.2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d u} [a^{u}]$ gleich $a^{u} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$32 e^{x} - 2 (e^{u} \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.2.3.2.3

Ersetze alle $u$ durch $2 x$ .

$32 e^{x} - 2 (e^{2 x} \frac{d}{d x} [2 x])$

Schritt 2.1.2.3.3

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

$32 e^{x} - 2 (e^{2 x} (2 \frac{d}{d x} [x]))$

Schritt 2.1.2.3.4

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

$32 e^{x} - 2 (e^{2 x} (2 \cdot 1))$

Schritt 2.1.2.3.5

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$32 e^{x} - 2 (e^{2 x} \cdot 2)$

Schritt 2.1.2.3.6

Bringe $2$ auf die linke Seite von $e^{2 x}$ .

$32 e^{x} - 2 (2 \cdot e^{2 x})$

Schritt 2.1.2.3.7

Mutltipliziere $2$ mit $- 2$ .

$f'' (x) = 32 e^{x} - 4 e^{2 x}$

Schritt 2.1.3

Die zweite Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $32 e^{x} - 4 e^{2 x}$ .

$32 e^{x} - 4 e^{2 x}$

Schritt 2.2

Setze die zweite Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $32 e^{x} - 4 e^{2 x} = 0$ .

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Schritt 2.2.1

Setze die zweite Ableitung gleich $0$ .

$32 e^{x} - 4 e^{2 x} = 0$

Schritt 2.2.2

Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.

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Schritt 2.2.2.1

Schreibe $e^{2 x}$ als ${(e^{x})}^{2}$ um.

$32 e^{x} - 4 {(e^{x})}^{2} = 0$

Schritt 2.2.2.2

Es sei $u = e^{x}$ . Ersetze $u$ für alle $e^{x}$ .

$32 u - 4 u^{2} = 0$

Schritt 2.2.2.3

Faktorisiere $4 u$ aus $32 u - 4 u^{2}$ heraus.

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Schritt 2.2.2.3.1

Faktorisiere $4 u$ aus $32 u$ heraus.

$4 u (8) - 4 u^{2} = 0$

Schritt 2.2.2.3.2

Faktorisiere $4 u$ aus $- 4 u^{2}$ heraus.

$4 u (8) + 4 u (- u) = 0$

Schritt 2.2.2.3.3

Faktorisiere $4 u$ aus $4 u (8) + 4 u (- u)$ heraus.

$4 u (8 - u) = 0$

Schritt 2.2.2.4

Ersetze alle $u$ durch $e^{x}$ .

$4 e^{x} (8 - e^{x}) = 0$

Schritt 2.2.3

Wenn irgendein einzelner Faktor auf der linken Seite der Gleichung gleich $0$ ist, dann ist der ganze Ausdruck gleich $0$ .

$e^{x} = 0$

$8 - e^{x} = 0$

Schritt 2.2.4

Setze $e^{x}$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 2.2.4.1

Setze $e^{x}$ gleich $0$ .

$e^{x} = 0$

Schritt 2.2.4.2

Löse $e^{x} = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 2.2.4.2.1

Berechne von beiden Seiten der Gleichung den natürlichen Logarithmus, um die Variable vom Exponenten zu entfernen.

$\ln (e^{x}) = \ln (0)$

Schritt 2.2.4.2.2

Die Gleichung kann nicht gelöst werden, da $\ln (0)$ nicht definiert ist.

Undefiniert

Schritt 2.2.4.2.3

Es gibt keine Lösung für $e^{x} = 0$

Keine Lösung

Schritt 2.2.5

Setze $8 - e^{x}$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 2.2.5.1

Setze $8 - e^{x}$ gleich $0$ .

$8 - e^{x} = 0$

Schritt 2.2.5.2

Löse $8 - e^{x} = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 2.2.5.2.1

Subtrahiere $8$ von beiden Seiten der Gleichung.

$- e^{x} = - 8$

Schritt 2.2.5.2.2

Teile jeden Ausdruck in $- e^{x} = - 8$ durch $- 1$ und vereinfache.

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Schritt 2.2.5.2.2.1

Teile jeden Ausdruck in $- e^{x} = - 8$ durch $- 1$ .

$\frac{- e^{x}}{- 1} = \frac{- 8}{- 1}$

Schritt 2.2.5.2.2.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 2.2.5.2.2.2.1

Dividieren zweier negativer Zahlen ergibt eine positive Zahl.

$\frac{e^{x}}{1} = \frac{- 8}{- 1}$

Schritt 2.2.5.2.2.2.2

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

$e^{x} = \frac{- 8}{- 1}$

Schritt 2.2.5.2.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 2.2.5.2.2.3.1

Dividiere $- 8$ durch $- 1$ .

$e^{x} = 8$

Schritt 2.2.5.2.3

Berechne von beiden Seiten der Gleichung den natürlichen Logarithmus, um die Variable vom Exponenten zu entfernen.

$\ln (e^{x}) = \ln (8)$

Schritt 2.2.5.2.4

Multipliziere die linke Seite aus.

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Schritt 2.2.5.2.4.1

Zerlege $\ln (e^{x})$ durch Herausziehen von $x$ aus dem Logarithmus.

$x \ln (e) = \ln (8)$

Schritt 2.2.5.2.4.2

Der natürliche Logarithmus von $e$ ist $1$ .

$x \cdot 1 = \ln (8)$

Schritt 2.2.5.2.4.3

Mutltipliziere $x$ mit $1$ .

$x = \ln (8)$

Schritt 2.2.6

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $4 e^{x} (8 - e^{x}) = 0$ wahr machen.

$x = \ln (8)$

Schritt 3

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.

Intervallschreibweise:

$(- \infty, \infty)$

Aufzählende bzw. beschreibende Mengenschreibweise:

${x | x \in ℝ}$

Schritt 4

Erzeuge Intervalle um die $x$ -Werte, wo die 2. Ableitung 0 ist oder nicht definiert ist.

$(- \infty, \ln (8)) \cup (\ln (8), \infty)$

Schritt 5

Setze eine beliebige Zahl aus dem Intervall $(- \infty, \ln (8))$ in die zweite Ableitung ein und berechne, um die Konkavität zu bestimmen.

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Schritt 5.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $0$ .

$f'' (0) = 32 e^{0} - 4 e^{2 (0)}$

Schritt 5.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 5.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 5.2.1.1

Alles, was mit $0$ potenziert wird, ist $1$ .

$f'' (0) = 32 \cdot 1 - 4 e^{2 (0)}$

Schritt 5.2.1.2

Mutltipliziere $32$ mit $1$ .

$f'' (0) = 32 - 4 e^{2 (0)}$

Schritt 5.2.1.3

Mutltipliziere $2$ mit $0$ .

$f'' (0) = 32 - 4 e^{0}$

Schritt 5.2.1.4

Alles, was mit $0$ potenziert wird, ist $1$ .

$f'' (0) = 32 - 4 \cdot 1$

Schritt 5.2.1.5

Mutltipliziere $- 4$ mit $1$ .

$f'' (0) = 32 - 4$

Schritt 5.2.2

Subtrahiere $4$ von $32$ .

$f'' (0) = 28$

Schritt 5.2.3

Die endgültige Lösung ist $28$ .

$28$

Schritt 5.3

Der Graph ist im Intervall $(- \infty, \ln (8))$ konvex, weil $f'' (0)$ positiv ist.

Konvex im Intervall $(- \infty, \ln (8))$ , da $f'' (x)$ positiv ist

Schritt 6

Setze eine beliebige Zahl aus dem Intervall $(\ln (8), \infty)$ in die zweite Ableitung ein und berechne, um die Konkavität zu bestimmen.

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Schritt 6.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $5$ .

$f'' (5) = 32 e^{5} - 4 e^{2 (5)}$

Schritt 6.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 6.2.1

Mutltipliziere $2$ mit $5$ .

$f'' (5) = 32 e^{5} - 4 e^{10}$

Schritt 6.2.2

Die endgültige Lösung ist $32 e^{5} - 4 e^{10}$ .

$32 e^{5} - 4 e^{10}$

Schritt 6.3

Der Graph ist im Intervall $(\ln (8), \infty)$ konkav, weil $f'' (5)$ negativ ist.

Konkav im Intervall $(\ln (8), \infty)$ , da $f'' (x)$ negativ ist

Schritt 7

Der Graph ist konvex, wenn die zweite Ableitung negativ ist und konkav, wenn die zweite Ableitung positiv ist.

Konvex im Intervall $(- \infty, \ln (8))$ , da $f'' (x)$ positiv ist

Konkav im Intervall $(\ln (8), \infty)$ , da $f'' (x)$ negativ ist

Schritt 8