Analysis Beispiele

$f (x) = \frac{1}{3} x^{3} - 4 x$ , $[- 8, 8]$

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 $\frac{1}{3} x^{3} - 4 x$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 4 x]$ .

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

Schritt 1.1.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}]$ .

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Schritt 1.1.1.2.1

Da $\frac{1}{3}$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $\frac{1}{3} x^{3}$ nach $x$ gleich $\frac{1}{3} \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$\frac{1}{3} \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

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 $n = 3$ .

$\frac{1}{3} (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

Schritt 1.1.1.2.3

Kombiniere $3$ und $\frac{1}{3}$ .

$\frac{3}{3} x^{2} + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

Schritt 1.1.1.2.4

Kombiniere $\frac{3}{3}$ und $x^{2}$ .

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

Schritt 1.1.1.2.5

Kürze den gemeinsamen Faktor von $3$ .

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Schritt 1.1.1.2.5.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 4 x]$

Schritt 1.1.1.2.5.2

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

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

Schritt 1.1.1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 4 x]$ .

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Schritt 1.1.1.3.1

Da $- 4$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 4 x$ nach $x$ gleich $- 4 \frac{d}{d x} [x]$ .

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

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 $n = 1$ .

$x^{2} - 4 \cdot 1$

Schritt 1.1.1.3.3

Mutltipliziere $- 4$ mit $1$ .

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

Schritt 1.1.2

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

$x^{2} - 4$

Schritt 1.2

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

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Schritt 1.2.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

$x^{2} - 4 = 0$

Schritt 1.2.2

Addiere $4$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$x^{2} = 4$

Schritt 1.2.3

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

$x = \pm \sqrt{4}$

Schritt 1.2.4

Vereinfache $\pm \sqrt{4}$ .

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Schritt 1.2.4.1

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

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

Schritt 1.2.4.2

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

$x = \pm 2$

Schritt 1.2.5

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

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Schritt 1.2.5.1

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

$x = 2$

Schritt 1.2.5.2

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

$x = - 2$

Schritt 1.2.5.3

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

$x = 2, - 2$

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 $\frac{1}{3} x^{3} - 4 x$ an jeden $x$ Wert aus, wo die Ableitung $0$ ist oder nicht definiert ist.

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Schritt 1.4.1

Berechne bei $x = 2$ .

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Schritt 1.4.1.1

Ersetze $x$ durch $2$ .

$\frac{1}{3} \cdot {(2)}^{3} - 4 \cdot 2$

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

Potenziere $2$ mit $3$ .

$\frac{1}{3} \cdot 8 - 4 \cdot 2$

Schritt 1.4.1.2.1.2

Kombiniere $\frac{1}{3}$ und $8$ .

$\frac{8}{3} - 4 \cdot 2$

Schritt 1.4.1.2.1.3

Mutltipliziere $- 4$ mit $2$ .

$\frac{8}{3} - 8$

Schritt 1.4.1.2.2

Um $- 8$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$\frac{8}{3} - 8 \cdot \frac{3}{3}$

Schritt 1.4.1.2.3

Kombiniere $- 8$ und $\frac{3}{3}$ .

$\frac{8}{3} + \frac{- 8 \cdot 3}{3}$

Schritt 1.4.1.2.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{8 - 8 \cdot 3}{3}$

Schritt 1.4.1.2.5

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 1.4.1.2.5.1

Mutltipliziere $- 8$ mit $3$ .

$\frac{8 - 24}{3}$

Schritt 1.4.1.2.5.2

Subtrahiere $24$ von $8$ .

$\frac{- 16}{3}$

Schritt 1.4.1.2.6

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{16}{3}$

Schritt 1.4.2

Berechne bei $x = - 2$ .

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Schritt 1.4.2.1

Ersetze $x$ durch $- 2$ .

$\frac{1}{3} \cdot {(- 2)}^{3} - 4 \cdot - 2$

Schritt 1.4.2.2

Vereinfache.

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Schritt 1.4.2.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.4.2.2.1.1

Potenziere $- 2$ mit $3$ .

$\frac{1}{3} \cdot - 8 - 4 \cdot - 2$

Schritt 1.4.2.2.1.2

Kombiniere $\frac{1}{3}$ und $- 8$ .

$\frac{- 8}{3} - 4 \cdot - 2$

Schritt 1.4.2.2.1.3

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{8}{3} - 4 \cdot - 2$

Schritt 1.4.2.2.1.4

Mutltipliziere $- 4$ mit $- 2$ .

$- \frac{8}{3} + 8$

Schritt 1.4.2.2.2

Um $8$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$- \frac{8}{3} + 8 \cdot \frac{3}{3}$

Schritt 1.4.2.2.3

Kombiniere $8$ und $\frac{3}{3}$ .

$- \frac{8}{3} + \frac{8 \cdot 3}{3}$

Schritt 1.4.2.2.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{- 8 + 8 \cdot 3}{3}$

Schritt 1.4.2.2.5

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 1.4.2.2.5.1

Mutltipliziere $8$ mit $3$ .

$\frac{- 8 + 24}{3}$

Schritt 1.4.2.2.5.2

Addiere $- 8$ und $24$ .

$\frac{16}{3}$

Schritt 1.4.3

Liste all Punkte auf.

$(2, - \frac{16}{3}), (- 2, \frac{16}{3})$

Schritt 2

Werte die enthaltenen Endpunkte aus.

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Schritt 2.1

Berechne bei $x = - 8$ .

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Schritt 2.1.1

Ersetze $x$ durch $- 8$ .

$\frac{1}{3} \cdot {(- 8)}^{3} - 4 \cdot - 8$

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 $- 8$ mit $3$ .

$\frac{1}{3} \cdot - 512 - 4 \cdot - 8$

Schritt 2.1.2.1.2

Kombiniere $\frac{1}{3}$ und $- 512$ .

$\frac{- 512}{3} - 4 \cdot - 8$

Schritt 2.1.2.1.3

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{512}{3} - 4 \cdot - 8$

Schritt 2.1.2.1.4

Mutltipliziere $- 4$ mit $- 8$ .

$- \frac{512}{3} + 32$

Schritt 2.1.2.2

Um $32$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$- \frac{512}{3} + 32 \cdot \frac{3}{3}$

Schritt 2.1.2.3

Kombiniere $32$ und $\frac{3}{3}$ .

$- \frac{512}{3} + \frac{32 \cdot 3}{3}$

Schritt 2.1.2.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{- 512 + 32 \cdot 3}{3}$

Schritt 2.1.2.5

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 2.1.2.5.1

Mutltipliziere $32$ mit $3$ .

$\frac{- 512 + 96}{3}$

Schritt 2.1.2.5.2

Addiere $- 512$ und $96$ .

$\frac{- 416}{3}$

Schritt 2.1.2.6

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$- \frac{416}{3}$

Schritt 2.2

Berechne bei $x = 8$ .

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Schritt 2.2.1

Ersetze $x$ durch $8$ .

$\frac{1}{3} \cdot {(8)}^{3} - 4 \cdot 8$

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 $8$ mit $3$ .

$\frac{1}{3} \cdot 512 - 4 \cdot 8$

Schritt 2.2.2.1.2

Kombiniere $\frac{1}{3}$ und $512$ .

$\frac{512}{3} - 4 \cdot 8$

Schritt 2.2.2.1.3

Mutltipliziere $- 4$ mit $8$ .

$\frac{512}{3} - 32$

Schritt 2.2.2.2

Um $- 32$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$\frac{512}{3} - 32 \cdot \frac{3}{3}$

Schritt 2.2.2.3

Kombiniere $- 32$ und $\frac{3}{3}$ .

$\frac{512}{3} + \frac{- 32 \cdot 3}{3}$

Schritt 2.2.2.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{512 - 32 \cdot 3}{3}$

Schritt 2.2.2.5

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 2.2.2.5.1

Mutltipliziere $- 32$ mit $3$ .

$\frac{512 - 96}{3}$

Schritt 2.2.2.5.2

Subtrahiere $96$ von $512$ .

$\frac{416}{3}$

Schritt 2.3

Liste all Punkte auf.

$(- 8, - \frac{416}{3}), (8, \frac{416}{3})$

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: $(8, \frac{416}{3})$

Absolutes Minimum: $(- 8, - \frac{416}{3})$

Schritt 4