Analysis Beispiele

$f (x) = x {(x + 5)}^{2}$

Schritt 1

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

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Schritt 1.1

Bestimme die zweite Ableitung.

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Schritt 1.1.1

Bestimme die erste Ableitung.

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Schritt 1.1.1.1

Schreibe ${(x + 5)}^{2}$ als $(x + 5) (x + 5)$ um.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x ((x + 5) (x + 5)))$

Schritt 1.1.1.2

Multipliziere $(x + 5) (x + 5)$ aus unter Verwendung der FOIL-Methode.

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Schritt 1.1.1.2.1

Wende das Distributivgesetz an.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x (x (x + 5) + 5 (x + 5)))$

Schritt 1.1.1.2.2

Wende das Distributivgesetz an.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x (x \cdot x + x \cdot 5 + 5 (x + 5)))$

Schritt 1.1.1.2.3

Wende das Distributivgesetz an.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x (x \cdot x + x \cdot 5 + 5 x + 5 \cdot 5))$

Schritt 1.1.1.3

Vereinfache und fasse gleichartige Terme zusammen.

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Schritt 1.1.1.3.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.1.1.3.1.1

Mutltipliziere $x$ mit $x$ .

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

Schritt 1.1.1.3.1.2

Bringe $5$ auf die linke Seite von $x$ .

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

Schritt 1.1.1.3.1.3

Mutltipliziere $5$ mit $5$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x (x^{2} + 5 x + 5 x + 25))$

Schritt 1.1.1.3.2

Addiere $5 x$ und $5 x$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x (x^{2} + 10 x + 25))$

Schritt 1.1.1.4

Differenziere unter Anwendung der Produktregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ gleich $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ ist mit $f (x) = x$ und $g (x) = x^{2} + 10 x + 25$ .

$f' (x) = x \frac{d}{d x} (x^{2} + 10 x + 25) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5

Differenziere.

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Schritt 1.1.1.5.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{2} + 10 x + 25$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [10 x] + \frac{d}{d x} [25]$ .

$f' (x) = x (\frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (10 x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.2

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

$f' (x) = x (2 x + \frac{d}{d x} (10 x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.3

Da $10$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $10 x$ nach $x$ gleich $10 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f' (x) = x (2 x + 10 \frac{d}{d x} (x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.4

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

$f' (x) = x (2 x + 10 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.5

Mutltipliziere $10$ mit $1$ .

$f' (x) = x (2 x + 10 + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.6

Da $25$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $25$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$f' (x) = x (2 x + 10 + 0) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.7

Addiere $2 x + 10$ und $0$ .

$f' (x) = x (2 x + 10) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x)$

Schritt 1.1.1.5.8

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

$f' (x) = x (2 x + 10) + (x^{2} + 10 x + 25) \cdot 1$

Schritt 1.1.1.5.9

Mutltipliziere $x^{2} + 10 x + 25$ mit $1$ .

$f' (x) = x (2 x + 10) + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6

Vereinfache.

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Schritt 1.1.1.6.1

Wende das Distributivgesetz an.

$f' (x) = x (2 x) + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2

Vereine die Terme

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Schritt 1.1.1.6.2.1

Potenziere $x$ mit $1$ .

$f' (x) = 2 (x \cdot x) + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.2

Potenziere $x$ mit $1$ .

$f' (x) = 2 (x \cdot x) + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.3

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

$f' (x) = 2 x^{1 + 1} + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.4

Addiere $1$ und $1$ .

$f' (x) = 2 x^{2} + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.5

Bringe $10$ auf die linke Seite von $x$ .

$f' (x) = 2 x^{2} + 10 \cdot x + x^{2} + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.6

Addiere $2 x^{2}$ und $x^{2}$ .

$f' (x) = 3 x^{2} + 10 x + 10 x + 25$

Schritt 1.1.1.6.2.7

Addiere $10 x$ und $10 x$ .

$f' (x) = 3 x^{2} + 20 x + 25$

Schritt 1.1.2

Bestimme die zweite Ableitung.

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Schritt 1.1.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $3 x^{2} + 20 x + 25$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [3 x^{2}] + \frac{d}{d x} [20 x] + \frac{d}{d x} [25]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (20 x) + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.2

Berechne $\frac{d}{d x} [3 x^{2}]$ .

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Schritt 1.1.2.2.1

Da $3$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $3 x^{2}$ nach $x$ gleich $3 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 3 \frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (20 x) + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.2.2

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

$f'' (x) = 3 (2 x) + \frac{d}{d x} (20 x) + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.2.3

Mutltipliziere $2$ mit $3$ .

$f'' (x) = 6 x + \frac{d}{d x} (20 x) + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.3

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

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Schritt 1.1.2.3.1

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

$f'' (x) = 6 x + 20 \frac{d}{d x} (x) + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.3.2

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

$f'' (x) = 6 x + 20 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.3.3

Mutltipliziere $20$ mit $1$ .

$f'' (x) = 6 x + 20 + \frac{d}{d x} (25)$

Schritt 1.1.2.4

Differenziere unter Anwendung der Konstantenregel.

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Schritt 1.1.2.4.1

Da $25$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $25$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$f'' (x) = 6 x + 20 + 0$

Schritt 1.1.2.4.2

Addiere $6 x + 20$ und $0$ .

$f'' (x) = 6 x + 20$

Schritt 1.1.3

Die zweite Ableitung von $f (x)$ nach $x$ ist $6 x + 20$ .

$6 x + 20$

Schritt 1.2

Setze die zweite Ableitung gleich $0$ , dann löse die Gleichung $6 x + 20 = 0$ .

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Schritt 1.2.1

Setze die zweite Ableitung gleich $0$ .

$6 x + 20 = 0$

Schritt 1.2.2

Subtrahiere $20$ von beiden Seiten der Gleichung.

$6 x = - 20$

Schritt 1.2.3

Teile jeden Ausdruck in $6 x = - 20$ durch $6$ und vereinfache.

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Schritt 1.2.3.1

Teile jeden Ausdruck in $6 x = - 20$ durch $6$ .

$\frac{6 x}{6} = \frac{- 20}{6}$

Schritt 1.2.3.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 1.2.3.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $6$ .

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Schritt 1.2.3.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{6 x}{6} = \frac{- 20}{6}$

Schritt 1.2.3.2.1.2

Dividiere $x$ durch $1$ .

$x = \frac{- 20}{6}$

Schritt 1.2.3.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 1.2.3.3.1

Kürze den gemeinsamen Teiler von $- 20$ und $6$ .

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Schritt 1.2.3.3.1.1

Faktorisiere $2$ aus $- 20$ heraus.

$x = \frac{2 (- 10)}{6}$

Schritt 1.2.3.3.1.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 1.2.3.3.1.2.1

Faktorisiere $2$ aus $6$ heraus.

$x = \frac{2 \cdot - 10}{2 \cdot 3}$

Schritt 1.2.3.3.1.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$x = \frac{2 \cdot - 10}{2 \cdot 3}$

Schritt 1.2.3.3.1.2.3

Forme den Ausdruck um.

$x = \frac{- 10}{3}$

Schritt 1.2.3.3.2

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$x = - \frac{10}{3}$

Schritt 2

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 3

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

$(- \infty, - \frac{10}{3}) \cup (- \frac{10}{3}, \infty)$

Schritt 4

Setze eine beliebige Zahl aus dem Intervall $(- \infty, - \frac{10}{3})$ in die zweite Ableitung ein und berechne, um die Konkavität zu bestimmen.

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Schritt 4.1

Ersetze in dem Ausdruck die Variable $x$ durch $- 6$ .

$f'' (- 6) = 6 (- 6) + 20$

Schritt 4.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 4.2.1

Mutltipliziere $6$ mit $- 6$ .

$f'' (- 6) = - 36 + 20$

Schritt 4.2.2

Addiere $- 36$ und $20$ .

$f'' (- 6) = - 16$

Schritt 4.2.3

Die endgültige Lösung ist $- 16$ .

$- 16$

Schritt 4.3

Der Graph ist im Intervall $(- \infty, - \frac{10}{3})$ konkav, weil $f'' (- 6)$ negativ ist.

Konkav im Intervall $(- \infty, - \frac{10}{3})$ , da $f'' (x)$ negativ ist

Schritt 5

Setze eine beliebige Zahl aus dem Intervall $(- \frac{10}{3}, \infty)$ 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 $0$ .

$f'' (0) = 6 (0) + 20$

Schritt 5.2

Vereinfache das Ergebnis.

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Schritt 5.2.1

Mutltipliziere $6$ mit $0$ .

$f'' (0) = 0 + 20$

Schritt 5.2.2

Addiere $0$ und $20$ .

$f'' (0) = 20$

Schritt 5.2.3

Die endgültige Lösung ist $20$ .

$20$

Schritt 5.3

Der Graph ist im Intervall $(- \frac{10}{3}, \infty)$ konvex, weil $f'' (0)$ positiv ist.

Konvex im Intervall $(- \frac{10}{3}, \infty)$ , da $f'' (x)$ positiv ist

Schritt 6

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

Konkav im Intervall $(- \infty, - \frac{10}{3})$ , da $f'' (x)$ negativ ist

Konvex im Intervall $(- \frac{10}{3}, \infty)$ , da $f'' (x)$ positiv ist

Schritt 7