微分積分 例
f(x)=x4-6x2
ステップ 1
ステップ 1.1
微分します。
ステップ 1.1.1
総和則では、x4-6x2のxに関する積分はddx[x4]+ddx[-6x2]です。
ddx[x4]+ddx[-6x2]
ステップ 1.1.2
n=4のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
4x3+ddx[-6x2]
4x3+ddx[-6x2]
ステップ 1.2
ddx[-6x2]の値を求めます。
ステップ 1.2.1
-6はxに対して定数なので、xに対する-6x2の微分係数は-6ddx[x2]です。
4x3-6ddx[x2]
ステップ 1.2.2
n=2のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
4x3-6(2x)
ステップ 1.2.3
2に-6をかけます。
4x3-12x
4x3-12x
4x3-12x
ステップ 2
ステップ 2.1
総和則では、4x3-12xのxに関する積分はddx[4x3]+ddx[-12x]です。
f′′(x)=ddx(4x3)+ddx(-12x)
ステップ 2.2
ddx[4x3]の値を求めます。
ステップ 2.2.1
4はxに対して定数なので、xに対する4x3の微分係数は4ddx[x3]です。
f′′(x)=4ddx(x3)+ddx(-12x)
ステップ 2.2.2
n=3のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
f′′(x)=4(3x2)+ddx(-12x)
ステップ 2.2.3
3に4をかけます。
f′′(x)=12x2+ddx(-12x)
f′′(x)=12x2+ddx(-12x)
ステップ 2.3
ddx[-12x]の値を求めます。
ステップ 2.3.1
-12はxに対して定数なので、xに対する-12xの微分係数は-12ddx[x]です。
f′′(x)=12x2-12ddxx
ステップ 2.3.2
n=1のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
f′′(x)=12x2-12⋅1
ステップ 2.3.3
-12に1をかけます。
f′′(x)=12x2-12
f′′(x)=12x2-12
f′′(x)=12x2-12
ステップ 3
微分係数を0と等しくし、式を解いて関数の極大値と最小値を求めます。
4x3-12x=0
ステップ 4
ステップ 4.1
一次導関数を求めます。
ステップ 4.1.1
微分します。
ステップ 4.1.1.1
総和則では、x4-6x2のxに関する積分はddx[x4]+ddx[-6x2]です。
ddx[x4]+ddx[-6x2]
ステップ 4.1.1.2
n=4のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
4x3+ddx[-6x2]
4x3+ddx[-6x2]
ステップ 4.1.2
ddx[-6x2]の値を求めます。
ステップ 4.1.2.1
-6はxに対して定数なので、xに対する-6x2の微分係数は-6ddx[x2]です。
4x3-6ddx[x2]
ステップ 4.1.2.2
n=2のとき、ddx[xn]はnxn-1であるというべき乗則を使って微分します。
4x3-6(2x)
ステップ 4.1.2.3
2に-6をかけます。
f′(x)=4x3-12x
f′(x)=4x3-12x
f′(x)=4x3-12x
ステップ 4.2
xに関するf(x)の一次導関数は4x3-12xです。
4x3-12x
4x3-12x
ステップ 5
ステップ 5.1
一次導関数を0に等しくします。
4x3-12x=0
ステップ 5.2
4xを4x3-12xで因数分解します。
ステップ 5.2.1
4xを4x3で因数分解します。
4x(x2)-12x=0
ステップ 5.2.2
4xを-12xで因数分解します。
4x(x2)+4x(-3)=0
ステップ 5.2.3
4xを4x(x2)+4x(-3)で因数分解します。
4x(x2-3)=0
4x(x2-3)=0
ステップ 5.3
方程式の左辺の個々の因数が0と等しいならば、式全体は0と等しくなります。
x=0
x2-3=0
ステップ 5.4
xが0に等しいとします。
x=0
ステップ 5.5
x2-3を0に等しくし、xを解きます。
ステップ 5.5.1
x2-3が0に等しいとします。
x2-3=0
ステップ 5.5.2
xについてx2-3=0を解きます。
ステップ 5.5.2.1
方程式の両辺に3を足します。
x2=3
ステップ 5.5.2.2
方程式の両辺の指定した根をとり、左辺の指数を消去します。
x=±√3
ステップ 5.5.2.3
完全解は、解の正と負の部分の両方の計算結果です。
ステップ 5.5.2.3.1
まず、±の正の数を利用し、1番目の解を求めます。
x=√3
ステップ 5.5.2.3.2
次に、±の負の値を利用し。2番目の解を求めます。
x=-√3
ステップ 5.5.2.3.3
完全解は、解の正と負の部分の両方の計算結果です。
x=√3,-√3
x=√3,-√3
x=√3,-√3
x=√3,-√3
ステップ 5.6
最終解は4x(x2-3)=0を真にするすべての値です。
x=0,√3,-√3
x=0,√3,-√3
ステップ 6
ステップ 6.1
式の定義域は、式が未定義の場合を除き、すべての実数です。この場合、式が未定義になるような実数はありません。
ステップ 7
値を求める臨界点です。
x=0,√3,-√3
ステップ 8
x=0で二次導関数の値を求めます。二次導関数が正のとき、この値が極小値です。二次導関数が負の時、この値が極大値です。
12(0)2-12
ステップ 9
ステップ 9.1
各項を簡約します。
ステップ 9.1.1
0を正数乗し、0を得ます。
12⋅0-12
ステップ 9.1.2
12に0をかけます。
0-12
0-12
ステップ 9.2
0から12を引きます。
-12
-12
ステップ 10
x=0は二次導関数の値が負であるため、極大値です。これは二次導関数テストと呼ばれます。
x=0は極大値です
ステップ 11
ステップ 11.1
式の変数xを0で置換えます。
f(0)=(0)4-6(0)2
ステップ 11.2
結果を簡約します。
ステップ 11.2.1
各項を簡約します。
ステップ 11.2.1.1
0を正数乗し、0を得ます。
f(0)=0-6(0)2
ステップ 11.2.1.2
0を正数乗し、0を得ます。
f(0)=0-6⋅0
ステップ 11.2.1.3
-6に0をかけます。
f(0)=0+0
f(0)=0+0
ステップ 11.2.2
0と0をたし算します。
f(0)=0
ステップ 11.2.3
最終的な答えは0です。
y=0
y=0
y=0
ステップ 12
x=√3で二次導関数の値を求めます。二次導関数が正のとき、この値が極小値です。二次導関数が負の時、この値が極大値です。
12(√3)2-12
ステップ 13
ステップ 13.1
各項を簡約します。
ステップ 13.1.1
√32を3に書き換えます。
ステップ 13.1.1.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
12(312)2-12
ステップ 13.1.1.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
12⋅312⋅2-12
ステップ 13.1.1.3
12と2をまとめます。
12⋅322-12
ステップ 13.1.1.4
2の共通因数を約分します。
ステップ 13.1.1.4.1
共通因数を約分します。
12⋅322-12
ステップ 13.1.1.4.2
式を書き換えます。
12⋅31-12
12⋅31-12
ステップ 13.1.1.5
指数を求めます。
12⋅3-12
12⋅3-12
ステップ 13.1.2
12に3をかけます。
36-12
36-12
ステップ 13.2
36から12を引きます。
24
24
ステップ 14
x=√3は二次導関数の値が正であるため、極小値です。これは二次導関数テストと呼ばれます。
x=√3は極小値です
ステップ 15
ステップ 15.1
式の変数xを√3で置換えます。
f(√3)=(√3)4-6(√3)2
ステップ 15.2
結果を簡約します。
ステップ 15.2.1
各項を簡約します。
ステップ 15.2.1.1
√34を32に書き換えます。
ステップ 15.2.1.1.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
f(√3)=(312)4-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
f(√3)=312⋅4-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.3
12と4をまとめます。
f(√3)=342-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.4
4と2の共通因数を約分します。
ステップ 15.2.1.1.4.1
2を4で因数分解します。
f(√3)=32⋅22-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.4.2
共通因数を約分します。
ステップ 15.2.1.1.4.2.1
2を2で因数分解します。
f(√3)=32⋅22(1)-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.4.2.2
共通因数を約分します。
f(√3)=32⋅22⋅1-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.4.2.3
式を書き換えます。
f(√3)=321-6(√3)2
ステップ 15.2.1.1.4.2.4
2を1で割ります。
f(√3)=32-6(√3)2
f(√3)=32-6(√3)2
f(√3)=32-6(√3)2
f(√3)=32-6(√3)2
ステップ 15.2.1.2
3を2乗します。
f(√3)=9-6(√3)2
ステップ 15.2.1.3
√32を3に書き換えます。
ステップ 15.2.1.3.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
f(√3)=9-6(312)2
ステップ 15.2.1.3.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
f(√3)=9-6⋅312⋅2
ステップ 15.2.1.3.3
12と2をまとめます。
f(√3)=9-6⋅322
ステップ 15.2.1.3.4
2の共通因数を約分します。
ステップ 15.2.1.3.4.1
共通因数を約分します。
f(√3)=9-6⋅322
ステップ 15.2.1.3.4.2
式を書き換えます。
f(√3)=9-6⋅3
f(√3)=9-6⋅3
ステップ 15.2.1.3.5
指数を求めます。
f(√3)=9-6⋅3
f(√3)=9-6⋅3
ステップ 15.2.1.4
-6に3をかけます。
f(√3)=9-18
f(√3)=9-18
ステップ 15.2.2
9から18を引きます。
f(√3)=-9
ステップ 15.2.3
最終的な答えは-9です。
y=-9
y=-9
y=-9
ステップ 16
x=-√3で二次導関数の値を求めます。二次導関数が正のとき、この値が極小値です。二次導関数が負の時、この値が極大値です。
12(-√3)2-12
ステップ 17
ステップ 17.1
各項を簡約します。
ステップ 17.1.1
積の法則を-√3に当てはめます。
12((-1)2√32)-12
ステップ 17.1.2
-1を2乗します。
12(1√32)-12
ステップ 17.1.3
√32に1をかけます。
12√32-12
ステップ 17.1.4
√32を3に書き換えます。
ステップ 17.1.4.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
12(312)2-12
ステップ 17.1.4.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
12⋅312⋅2-12
ステップ 17.1.4.3
12と2をまとめます。
12⋅322-12
ステップ 17.1.4.4
2の共通因数を約分します。
ステップ 17.1.4.4.1
共通因数を約分します。
12⋅322-12
ステップ 17.1.4.4.2
式を書き換えます。
12⋅31-12
12⋅31-12
ステップ 17.1.4.5
指数を求めます。
12⋅3-12
12⋅3-12
ステップ 17.1.5
12に3をかけます。
36-12
36-12
ステップ 17.2
36から12を引きます。
24
24
ステップ 18
x=-√3は二次導関数の値が正であるため、極小値です。これは二次導関数テストと呼ばれます。
x=-√3は極小値です
ステップ 19
ステップ 19.1
式の変数xを-√3で置換えます。
f(-√3)=(-√3)4-6(-√3)2
ステップ 19.2
結果を簡約します。
ステップ 19.2.1
各項を簡約します。
ステップ 19.2.1.1
積の法則を-√3に当てはめます。
f(-√3)=(-1)4√34-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.2
-1を4乗します。
f(-√3)=1√34-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.3
√34に1をかけます。
f(-√3)=√34-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4
√34を32に書き換えます。
ステップ 19.2.1.4.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
f(-√3)=(312)4-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
f(-√3)=312⋅4-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.3
12と4をまとめます。
f(-√3)=342-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.4
4と2の共通因数を約分します。
ステップ 19.2.1.4.4.1
2を4で因数分解します。
f(-√3)=32⋅22-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.4.2
共通因数を約分します。
ステップ 19.2.1.4.4.2.1
2を2で因数分解します。
f(-√3)=32⋅22(1)-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.4.2.2
共通因数を約分します。
f(-√3)=32⋅22⋅1-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.4.2.3
式を書き換えます。
f(-√3)=321-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.4.4.2.4
2を1で割ります。
f(-√3)=32-6(-√3)2
f(-√3)=32-6(-√3)2
f(-√3)=32-6(-√3)2
f(-√3)=32-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.5
3を2乗します。
f(-√3)=9-6(-√3)2
ステップ 19.2.1.6
積の法則を-√3に当てはめます。
f(-√3)=9-6((-1)2√32)
ステップ 19.2.1.7
-1を2乗します。
f(-√3)=9-6(1√32)
ステップ 19.2.1.8
√32に1をかけます。
f(-√3)=9-6√32
ステップ 19.2.1.9
√32を3に書き換えます。
ステップ 19.2.1.9.1
n√ax=axnを利用し、√3を312に書き換えます。
f(-√3)=9-6(312)2
ステップ 19.2.1.9.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amnをかけ算します。
f(-√3)=9-6⋅312⋅2
ステップ 19.2.1.9.3
12と2をまとめます。
f(-√3)=9-6⋅322
ステップ 19.2.1.9.4
2の共通因数を約分します。
ステップ 19.2.1.9.4.1
共通因数を約分します。
f(-√3)=9-6⋅322
ステップ 19.2.1.9.4.2
式を書き換えます。
f(-√3)=9-6⋅3
f(-√3)=9-6⋅3
ステップ 19.2.1.9.5
指数を求めます。
f(-√3)=9-6⋅3
f(-√3)=9-6⋅3
ステップ 19.2.1.10
-6に3をかけます。
f(-√3)=9-18
f(-√3)=9-18
ステップ 19.2.2
9から18を引きます。
f(-√3)=-9
ステップ 19.2.3
最終的な答えは-9です。
y=-9
y=-9
y=-9
ステップ 20
f(x)=x4-6x2の極値です。
(0,0)は極大値です
(√3,-9)は極小値です
(-√3,-9)は極小値です
ステップ 21