Analysis Beispiele

$f (x) = 20 x^{3} - 3 x^{5}$

Schritt 1

Bestimme die erste Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1

Bestimme die erste Ableitung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $20 x^{3} - 3 x^{5}$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [20 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (20 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 3 x^{5})$

Schritt 1.1.2

Berechne $\frac{d}{d x} [20 x^{3}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1.2.1

Da $20$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $20 x^{3}$ nach $x$ gleich $20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f' (x) = 20 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 3 x^{5})$

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 $n = 3$ .

$f' (x) = 20 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 3 x^{5})$

Schritt 1.1.2.3

Mutltipliziere $3$ mit $20$ .

$f' (x) = 60 x^{2} + \frac{d}{d x} (- 3 x^{5})$

Schritt 1.1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 1.1.3.1

Da $- 3$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- 3 x^{5}$ nach $x$ gleich $- 3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$ .

$f' (x) = 60 x^{2} - 3 \frac{d}{d x} x^{5}$

Schritt 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 $n = 5$ .

$f' (x) = 60 x^{2} - 3 (5 x^{4})$

Schritt 1.1.3.3

Mutltipliziere $5$ mit $- 3$ .

$f' (x) = 60 x^{2} - 15 x^{4}$

Schritt 1.1.4

Stelle die Terme um.

$f' (x) = - 15 x^{4} + 60 x^{2}$

Schritt 1.2

Die erste Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $- 15 x^{4} + 60 x^{2}$ .

$- 15 x^{4} + 60 x^{2}$

Schritt 2

Setze die erste Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $- 15 x^{4} + 60 x^{2} = 0$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.1

Setze die erste Ableitung gleich $0$ .

$- 15 x^{4} + 60 x^{2} = 0$

Schritt 2.2

Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.2.1

Schreibe $x^{4}$ als ${(x^{2})}^{2}$ um.

$- 15 {(x^{2})}^{2} + 60 x^{2} = 0$

Schritt 2.2.2

Es sei $u = x^{2}$ . Ersetze $u$ für alle $x^{2}$ .

$- 15 u^{2} + 60 u = 0$

Schritt 2.2.3

Faktorisiere $15 u$ aus $- 15 u^{2} + 60 u$ heraus.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.2.3.1

Faktorisiere $15 u$ aus $- 15 u^{2}$ heraus.

$15 u (- u) + 60 u = 0$

Schritt 2.2.3.2

Faktorisiere $15 u$ aus $60 u$ heraus.

$15 u (- u) + 15 u (4) = 0$

Schritt 2.2.3.3

Faktorisiere $15 u$ aus $15 u (- u) + 15 u (4)$ heraus.

$15 u (- u + 4) = 0$

Schritt 2.2.4

Ersetze alle $u$ durch $x^{2}$ .

$15 x^{2} (- x^{2} + 4) = 0$

Schritt 2.3

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

$x^{2} = 0$

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

Schritt 2.4

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

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.4.1

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

$x^{2} = 0$

Schritt 2.4.2

Löse $x^{2} = 0$ nach $x$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.4.2.1

Take the specified root of both sides of the equation to eliminate the exponent on the left side.

$x = \pm \sqrt{0}$

Schritt 2.4.2.2

Vereinfache $\pm \sqrt{0}$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

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 $- x^{2} + 4$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.1

Setze $- x^{2} + 4$ gleich $0$ .

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

Schritt 2.5.2

Löse $- x^{2} + 4 = 0$ nach $x$ auf.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.1

Subtrahiere $4$ von beiden Seiten der Gleichung.

$- x^{2} = - 4$

Schritt 2.5.2.2

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

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.2.1

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

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

Schritt 2.5.2.2.2

Vereinfache die linke Seite.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.2.2.1

Dividieren zweier negativer Zahlen ergibt eine positive Zahl.

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

Schritt 2.5.2.2.2.2

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

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

Schritt 2.5.2.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.2.3.1

Dividiere $- 4$ durch $- 1$ .

$x^{2} = 4$

Schritt 2.5.2.3

Take the specified root of both sides of the equation to eliminate the exponent on the left side.

$x = \pm \sqrt{4}$

Schritt 2.5.2.4

Vereinfache $\pm \sqrt{4}$ .

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.4.1

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

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

Schritt 2.5.2.4.2

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

$x = \pm 2$

Schritt 2.5.2.5

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

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 2.5.2.5.1

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

$x = 2$

Schritt 2.5.2.5.2

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

$x = - 2$

Schritt 2.5.2.5.3

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

$x = 2, - 2$

Schritt 2.6

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $15 x^{2} (- x^{2} + 4) = 0$ wahr machen.

$x = 0, 2, - 2$

Schritt 3

Die Werte, die die Ableitung gleich $0$ machen, sind $0, 2, - 2$ .

$0, 2, - 2$

Schritt 4

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

$(- \infty, - 2) \cup (- 2, 0) \cup (0, 2) \cup (2, \infty)$

Schritt 5

Setze einen Wert aus dem Intervall $(- \infty, - 2)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $- 3$ .

$f' (- 3) = - 15 {(- 3)}^{4} + 60 {(- 3)}^{2}$

Schritt 5.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 5.2.1.1

Potenziere $- 3$ mit $4$ .

$f' (- 3) = - 15 \cdot 81 + 60 {(- 3)}^{2}$

Schritt 5.2.1.2

Mutltipliziere $- 15$ mit $81$ .

$f' (- 3) = - 1215 + 60 {(- 3)}^{2}$

Schritt 5.2.1.3

Potenziere $- 3$ mit $2$ .

$f' (- 3) = - 1215 + 60 \cdot 9$

Schritt 5.2.1.4

Mutltipliziere $60$ mit $9$ .

$f' (- 3) = - 1215 + 540$

Schritt 5.2.2

Addiere $- 1215$ und $540$ .

$f' (- 3) = - 675$

Schritt 5.2.3

Die endgültige Lösung ist $- 675$ .

$- 675$

Schritt 5.3

Bei $x = - 3$ ist die Ableitung $- 675$ . Da dies negativ ist, nimmt die Funktion im Intervall $(- \infty, - 2)$ ab.

Abfallend im Intervall $(- \infty, - 2)$ da $f' (x) < 0$

Schritt 6

Setze einen Wert aus dem Intervall $(- 2, 0)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 6.1

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

$f' (- 1) = - 15 {(- 1)}^{4} + 60 {(- 1)}^{2}$

Schritt 6.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 6.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 6.2.1.1

Potenziere $- 1$ mit $4$ .

$f' (- 1) = - 15 \cdot 1 + 60 {(- 1)}^{2}$

Schritt 6.2.1.2

Mutltipliziere $- 15$ mit $1$ .

$f' (- 1) = - 15 + 60 {(- 1)}^{2}$

Schritt 6.2.1.3

Potenziere $- 1$ mit $2$ .

$f' (- 1) = - 15 + 60 \cdot 1$

Schritt 6.2.1.4

Mutltipliziere $60$ mit $1$ .

$f' (- 1) = - 15 + 60$

Schritt 6.2.2

Addiere $- 15$ und $60$ .

$f' (- 1) = 45$

Schritt 6.2.3

Die endgültige Lösung ist $45$ .

$45$

Schritt 6.3

Bei $x = - 1$ ist die Ableitung $45$ . Da dies positiv ist, steigt die Funktion im Intervall $(- 2, 0)$ an.

Ansteigend im Intervall $(- 2, 0)$ , da $f' (x) > 0$

Schritt 7

Setze einen Wert aus dem Intervall $(0, 2)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 7.1

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

$f' (1) = - 15 {(1)}^{4} + 60 {(1)}^{2}$

Schritt 7.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 7.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 7.2.1.1

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$f' (1) = - 15 \cdot 1 + 60 {(1)}^{2}$

Schritt 7.2.1.2

Mutltipliziere $- 15$ mit $1$ .

$f' (1) = - 15 + 60 {(1)}^{2}$

Schritt 7.2.1.3

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$f' (1) = - 15 + 60 \cdot 1$

Schritt 7.2.1.4

Mutltipliziere $60$ mit $1$ .

$f' (1) = - 15 + 60$

Schritt 7.2.2

Addiere $- 15$ und $60$ .

$f' (1) = 45$

Schritt 7.2.3

Die endgültige Lösung ist $45$ .

$45$

Schritt 7.3

Bei $x = 1$ ist die Ableitung $45$ . Da dies positiv ist, steigt die Funktion im Intervall $(0, 2)$ an.

Ansteigend im Intervall $(0, 2)$ , da $f' (x) > 0$

Schritt 8

Setze einen Wert aus dem Intervall $(2, \infty)$ in die Ableitung ein, um zu bestimmen, ob die Funktion ansteigend oder abfallend ist.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 8.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $3$ .

$f' (3) = - 15 {(3)}^{4} + 60 {(3)}^{2}$

Schritt 8.2

Vereinfache das Ergebnis.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 8.2.1

Vereinfache jeden Term.

Tippen, um mehr Schritte zu sehen ...

Schritt 8.2.1.1

Potenziere $3$ mit $4$ .

$f' (3) = - 15 \cdot 81 + 60 {(3)}^{2}$

Schritt 8.2.1.2

Mutltipliziere $- 15$ mit $81$ .

$f' (3) = - 1215 + 60 {(3)}^{2}$

Schritt 8.2.1.3

Potenziere $3$ mit $2$ .

$f' (3) = - 1215 + 60 \cdot 9$

Schritt 8.2.1.4

Mutltipliziere $60$ mit $9$ .

$f' (3) = - 1215 + 540$

Schritt 8.2.2

Addiere $- 1215$ und $540$ .

$f' (3) = - 675$

Schritt 8.2.3

Die endgültige Lösung ist $- 675$ .

$- 675$

Schritt 8.3

Bei $x = 3$ ist die Ableitung $- 675$ . Da dies negativ ist, nimmt die Funktion im Intervall $(2, \infty)$ ab.

Abfallend im Intervall $(2, \infty)$ da $f' (x) < 0$

Schritt 9

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

Ansteigend im Intervall: $(- 2, 0), (0, 2)$

Abfallend im Intervall: $(- \infty, - 2), (2, \infty)$

Schritt 10