Analysis Beispiele

$f (x) = x^{4} - 4 x^{3} + 9$

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.

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Schritt 1.1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{4} - 4 x^{3} + 9$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [9]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [9]$

Schritt 1.1.1.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 4$ .

$4 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [9]$

Schritt 1.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [- 4 x^{3}]$ .

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Schritt 1.1.2.1

Da $- 4$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 4 x^{3}$ nach $x$ gleich $- 4 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$4 x^{3} - 4 \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [9]$

Schritt 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 $n = 3$ .

$4 x^{3} - 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [9]$

Schritt 1.1.2.3

Mutltipliziere $3$ mit $- 4$ .

$4 x^{3} - 12 x^{2} + \frac{d}{d x} [9]$

Schritt 1.1.3

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

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Schritt 1.1.3.1

Da $9$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $9$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$4 x^{3} - 12 x^{2} + 0$

Schritt 1.1.3.2

Addiere $4 x^{3} - 12 x^{2}$ und $0$ .

$f' (x) = 4 x^{3} - 12 x^{2}$

Schritt 1.2

Die erste Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $4 x^{3} - 12 x^{2}$ .

$4 x^{3} - 12 x^{2}$

Schritt 2

Setze die erste Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $4 x^{3} - 12 x^{2} = 0$ .

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Schritt 2.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

$4 x^{3} - 12 x^{2} = 0$

Schritt 2.2

Faktorisiere $4 x^{2}$ aus $4 x^{3} - 12 x^{2}$ heraus.

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Schritt 2.2.1

Faktorisiere $4 x^{2}$ aus $4 x^{3}$ heraus.

$4 x^{2} (x) - 12 x^{2} = 0$

Schritt 2.2.2

Faktorisiere $4 x^{2}$ aus $- 12 x^{2}$ heraus.

$4 x^{2} (x) + 4 x^{2} (- 3) = 0$

Schritt 2.2.3

Faktorisiere $4 x^{2}$ aus $4 x^{2} (x) + 4 x^{2} (- 3)$ heraus.

$4 x^{2} (x - 3) = 0$

Schritt 2.3

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

$x^{2} = 0$

$x - 3 = 0$

Schritt 2.4

Setze $x^{2}$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 2.4.1

Setze $x^{2}$ gleich $0$ .

$x^{2} = 0$

Schritt 2.4.2

Löse $x^{2} = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 2.4.2.1

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

$x = \pm \sqrt{0}$

Schritt 2.4.2.2

Vereinfache $\pm \sqrt{0}$ .

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Schritt 2.4.2.2.1

Schreibe $0$ als $0^{2}$ um.

$x = \pm \sqrt{0^{2}}$

Schritt 2.4.2.2.2

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

$x = \pm 0$

Schritt 2.4.2.2.3

Plus oder Minus $0$ ist $0$ .

$x = 0$

Schritt 2.5

Setze $x - 3$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 2.5.1

Setze $x - 3$ gleich $0$ .

$x - 3 = 0$

Schritt 2.5.2

Addiere $3$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$x = 3$

Schritt 2.6

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $4 x^{2} (x - 3) = 0$ wahr machen.

$x = 0, 3$

Schritt 3

Die Werte, die die Ableitung gleich $0$ machen, sind $0, 3$ .

$0, 3$

Schritt 4

Teile $(- \infty, \infty)$ in separate Intervalle um die $x$ -Werte herum, sodass die Ableitung gleich $0$ oder nicht definiert ist.

$(- \infty, 0) \cup (0, 3) \cup (3, \infty)$

Schritt 5

Setze einen Wert aus dem Intervall $(- \infty, 0)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

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Schritt 5.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $- 1$ .

$f' (- 1) = 4 {(- 1)}^{3} - 12 {(- 1)}^{2}$

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

Potenziere $- 1$ mit $3$ .

$f' (- 1) = 4 \cdot - 1 - 12 {(- 1)}^{2}$

Schritt 5.2.1.2

Mutltipliziere $4$ mit $- 1$ .

$f' (- 1) = - 4 - 12 {(- 1)}^{2}$

Schritt 5.2.1.3

Potenziere $- 1$ mit $2$ .

$f' (- 1) = - 4 - 12 \cdot 1$

Schritt 5.2.1.4

Mutltipliziere $- 12$ mit $1$ .

$f' (- 1) = - 4 - 12$

Schritt 5.2.2

Subtrahiere $12$ von $- 4$ .

$f' (- 1) = - 16$

Schritt 5.2.3

Die endgültige Lösung ist $- 16$ .

$- 16$

Schritt 5.3

Bei $x = - 1$ ist die Ableitung $- 16$ . Da dies negativ ist, nimmt die Funktion im Intervall $(- \infty, 0)$ ab.

Abfallend im Intervall $(- \infty, 0)$ da $f' (x) < 0$

Schritt 6

Setze einen Wert aus dem Intervall $(0, 3)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

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Schritt 6.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $\frac{3}{2}$ .

$f' (\frac{3}{2}) = 4 {(\frac{3}{2})}^{3} - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 6.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 6.2.1.1

Wende die Produktregel auf $\frac{3}{2}$ an.

$f' (\frac{3}{2}) = 4 (\frac{3^{3}}{2^{3}}) - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.2

Potenziere $3$ mit $3$ .

$f' (\frac{3}{2}) = 4 (\frac{27}{2^{3}}) - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.3

Potenziere $2$ mit $3$ .

$f' (\frac{3}{2}) = 4 (\frac{27}{8}) - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.4

Kürze den gemeinsamen Faktor von $4$ .

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Schritt 6.2.1.4.1

Faktorisiere $4$ aus $8$ heraus.

$f' (\frac{3}{2}) = 4 (\frac{27}{4 (2)}) - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.4.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$f' (\frac{3}{2}) = 4 (\frac{27}{4 \cdot 2}) - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.4.3

Forme den Ausdruck um.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 12 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Schritt 6.2.1.5

Wende die Produktregel auf $\frac{3}{2}$ an.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 12 \frac{3^{2}}{2^{2}}$

Schritt 6.2.1.6

Potenziere $3$ mit $2$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 12 \frac{9}{2^{2}}$

Schritt 6.2.1.7

Potenziere $2$ mit $2$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 12 (\frac{9}{4})$

Schritt 6.2.1.8

Kürze den gemeinsamen Faktor von $4$ .

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Schritt 6.2.1.8.1

Faktorisiere $4$ aus $- 12$ heraus.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} + 4 (- 3) (\frac{9}{4})$

Schritt 6.2.1.8.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} + 4 \cdot (- 3 (\frac{9}{4}))$

Schritt 6.2.1.8.3

Forme den Ausdruck um.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 3 \cdot 9$

Schritt 6.2.1.9

Mutltipliziere $- 3$ mit $9$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 27$

Schritt 6.2.2

Um $- 27$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{2}{2}$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} - 27 \cdot \frac{2}{2}$

Schritt 6.2.3

Kombiniere $- 27$ und $\frac{2}{2}$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27}{2} + \frac{- 27 \cdot 2}{2}$

Schritt 6.2.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27 - 27 \cdot 2}{2}$

Schritt 6.2.5

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 6.2.5.1

Mutltipliziere $- 27$ mit $2$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{27 - 54}{2}$

Schritt 6.2.5.2

Subtrahiere $54$ von $27$ .

$f' (\frac{3}{2}) = \frac{- 27}{2}$

Schritt 6.2.6

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$f' (\frac{3}{2}) = - \frac{27}{2}$

Schritt 6.2.7

Die endgültige Lösung ist $- \frac{27}{2}$ .

$- \frac{27}{2}$

Schritt 6.3

Bei $x = \frac{3}{2}$ ist die Ableitung $- \frac{27}{2}$ . Da dies negativ ist, nimmt die Funktion im Intervall $(0, 3)$ ab.

Abfallend im Intervall $(0, 3)$ da $f' (x) < 0$

Schritt 7

Setze einen Wert aus dem Intervall $(3, \infty)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

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Schritt 7.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $4$ .

$f' (4) = 4 {(4)}^{3} - 12 {(4)}^{2}$

Schritt 7.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 7.2.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 7.2.1.1

Multipliziere $4$ mit ${(4)}^{3}$ durch Addieren der Exponenten.

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Schritt 7.2.1.1.1

Mutltipliziere $4$ mit ${(4)}^{3}$ .

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Schritt 7.2.1.1.1.1

Potenziere $4$ mit $1$ .

$f' (4) = 4 {(4)}^{3} - 12 {(4)}^{2}$

Schritt 7.2.1.1.1.2

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

$f' (4) = 4^{1 + 3} - 12 {(4)}^{2}$

Schritt 7.2.1.1.2

Addiere $1$ und $3$ .

$f' (4) = 4^{4} - 12 {(4)}^{2}$

Schritt 7.2.1.2

Potenziere $4$ mit $4$ .

$f' (4) = 256 - 12 {(4)}^{2}$

Schritt 7.2.1.3

Potenziere $4$ mit $2$ .

$f' (4) = 256 - 12 \cdot 16$

Schritt 7.2.1.4

Mutltipliziere $- 12$ mit $16$ .

$f' (4) = 256 - 192$

Schritt 7.2.2

Subtrahiere $192$ von $256$ .

$f' (4) = 64$

Schritt 7.2.3

Die endgültige Lösung ist $64$ .

$64$

Schritt 7.3

Bei $x = 4$ ist die Ableitung $64$ . Da dies positiv ist, steigt die Funktion im Intervall $(3, \infty)$ an.

Ansteigend im Intervall $(3, \infty)$ , da $f' (x) > 0$

Schritt 8

Liste die Intervalle auf, in denen die Funktion ansteigt und in denen sie abfällt.

Ansteigend im Intervall: $(3, \infty)$

Abfallend im Intervall: $(- \infty, 0), (0, 3)$

Schritt 9