微分積分 例
∞∑k=1kek2∞∑k=1kek2
ステップ 1
ステップ 1.1
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。
区間記号:
(-∞,∞)(−∞,∞)
集合の内包的記法:
{k|k∈ℝ}{k|k∈R}
ステップ 1.2
f(k)f(k)は[1,∞)[1,∞)で連続します。
関数は連続です。関数は連続です。
関数は連続です。関数は連続です。
ステップ 2
ステップ 2.1
不等式を設定します。
kek2>0kek2>0
ステップ 2.2
不等式を解きます。
ステップ 2.2.1
方程式の左辺の個々の因数が00と等しいならば、式全体は00と等しくなります。
k=0k=0
ek2=0ek2=0
ステップ 2.2.2
kkが00に等しいとします。
k=0k=0
ステップ 2.2.3
ek2ek2を00に等しくし、kkを解きます。
ステップ 2.2.3.1
ek2ek2が00に等しいとします。
ek2=0ek2=0
ステップ 2.2.3.2
kkについてek2=0ek2=0を解きます。
ステップ 2.2.3.2.1
方程式の両辺の自然対数をとり、指数から変数を削除します。
ln(ek2)=ln(0)ln(ek2)=ln(0)
ステップ 2.2.3.2.2
ln(0)ln(0)が未定義なので、方程式は解くことができません。
未定義
ステップ 2.2.3.2.3
ek2=0ek2=0の解はありません
解がありません
解がありません
解がありません
ステップ 2.2.4
最終解はkek2>0kek2>0を真にするすべての値です。
k=0k=0
ステップ 2.2.5
解はすべての真の区間からなります。
k>0k>0
k>0k>0
k>0k>0
ステップ 3
ステップ 3.1
kek2kek2を関数で書きます。
f(k)=kek2f(k)=kek2
ステップ 3.2
一次導関数を求めます。
ステップ 3.2.1
一次導関数を求めます。
ステップ 3.2.1.1
f(k)=kf(k)=kおよびg(k)=ek2g(k)=ek2のとき、ddk[f(k)g(k)]ddk[f(k)g(k)]はf(k)ddk[g(k)]+g(k)ddk[f(k)]f(k)ddk[g(k)]+g(k)ddk[f(k)]であるという積の法則を使って微分します。
kddk[ek2]+ek2ddk[k]kddk[ek2]+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.2
f(k)=ekf(k)=ekおよびg(k)=k2g(k)=k2のとき、ddk[f(g(k))]ddk[f(g(k))]はf′(g(k))g′(k)f'(g(k))g'(k)であるという連鎖律を使って微分します。
ステップ 3.2.1.2.1
連鎖律を当てはめるために、uuをk2k2とします。
k(ddu[eu]ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ddu[eu]ddk[k2])+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.2.2
aa=eeのとき、ddu[au]ddu[au]はauln(a)auln(a)であるという指数法則を使って微分します。
k(euddk[k2])+ek2ddk[k]k(euddk[k2])+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.2.3
uuのすべての発生をk2k2で置き換えます。
k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]
k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.3
n=2n=2のとき、ddk[kn]ddk[kn]はnkn-1nkn−1であるというべき乗則を使って微分します。
k(ek2(2k))+ek2ddk[k]k(ek2(2k))+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.4
kkを11乗します。
k1k(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1k(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.5
kkを11乗します。
k1k1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1k1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.6
べき乗則aman=am+naman=am+nを利用して指数を組み合わせます。
k1+1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1+1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.7
式を簡約します。
ステップ 3.2.1.7.1
11と11をたし算します。
k2(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k2(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.7.2
22をek2ek2の左に移動させます。
k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]
k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]
ステップ 3.2.1.8
n=1n=1のとき、ddk[kn]ddk[kn]はnkn-1nkn−1であるというべき乗則を使って微分します。
k2(2ek2)+ek2⋅1k2(2ek2)+ek2⋅1
ステップ 3.2.1.9
ek2ek2に11をかけます。
k2(2ek2)+ek2k2(2ek2)+ek2
ステップ 3.2.1.10
簡約します。
ステップ 3.2.1.10.1
項を並べ替えます。
2ek2k2+ek22ek2k2+ek2
ステップ 3.2.1.10.2
2ek2k2+ek22ek2k2+ek2の因数を並べ替えます。
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
ステップ 3.2.2
kkに関するf(k)f(k)の一次導関数は2k2ek2+ek22k2ek2+ek2です。
2k2ek2+ek22k2ek2+ek2
2k2ek2+ek22k2ek2+ek2
ステップ 3.3
一次導関数を00と等しくし、次に方程式2k2ek2+ek2=02k2ek2+ek2=0を解きます。
ステップ 3.3.1
一次導関数を00に等しくします。
2k2ek2+ek2=02k2ek2+ek2=0
ステップ 3.3.2
ek2ek2を2k2ek2+ek22k2ek2+ek2で因数分解します。
ステップ 3.3.2.1
ek2ek2を2k2ek22k2ek2で因数分解します。
ek2(2k2)+ek2=0ek2(2k2)+ek2=0
ステップ 3.3.2.2
11を掛けます。
ek2(2k2)+ek2⋅1=0ek2(2k2)+ek2⋅1=0
ステップ 3.3.2.3
ek2ek2をek2(2k2)+ek2⋅1ek2(2k2)+ek2⋅1で因数分解します。
ek2(2k2+1)=0ek2(2k2+1)=0
ek2(2k2+1)=0ek2(2k2+1)=0
ステップ 3.3.3
方程式の左辺の個々の因数が00と等しいならば、式全体は00と等しくなります。
ek2=0ek2=0
2k2+1=02k2+1=0
ステップ 3.3.4
ek2ek2を00に等しくし、kkを解きます。
ステップ 3.3.4.1
ek2ek2が00に等しいとします。
ek2=0ek2=0
ステップ 3.3.4.2
kkについてek2=0ek2=0を解きます。
ステップ 3.3.4.2.1
方程式の両辺の自然対数をとり、指数から変数を削除します。
ln(ek2)=ln(0)ln(ek2)=ln(0)
ステップ 3.3.4.2.2
ln(0)ln(0)が未定義なので、方程式は解くことができません。
未定義
ステップ 3.3.4.2.3
ek2=0ek2=0の解はありません
解がありません
解がありません
解がありません
ステップ 3.3.5
2k2+12k2+1を00に等しくし、kkを解きます。
ステップ 3.3.5.1
2k2+12k2+1が00に等しいとします。
2k2+1=02k2+1=0
ステップ 3.3.5.2
kkについて2k2+1=02k2+1=0を解きます。
ステップ 3.3.5.2.1
方程式の両辺から11を引きます。
2k2=-12k2=−1
ステップ 3.3.5.2.2
2k2=-12k2=−1の各項を22で割り、簡約します。
ステップ 3.3.5.2.2.1
2k2=-12k2=−1の各項を22で割ります。
2k22=-122k22=−12
ステップ 3.3.5.2.2.2
左辺を簡約します。
ステップ 3.3.5.2.2.2.1
22の共通因数を約分します。
ステップ 3.3.5.2.2.2.1.1
共通因数を約分します。
2k22=-122k22=−12
ステップ 3.3.5.2.2.2.1.2
k2k2を11で割ります。
k2=-12k2=−12
k2=-12k2=−12
k2=-12k2=−12
ステップ 3.3.5.2.2.3
右辺を簡約します。
ステップ 3.3.5.2.2.3.1
分数の前に負数を移動させます。
k2=-12k2=−12
k2=-12k2=−12
k2=-12k2=−12
ステップ 3.3.5.2.3
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。
k=±√-12k=±√−12
ステップ 3.3.5.2.4
±√-12±√−12を簡約します。
ステップ 3.3.5.2.4.1
-12−12をi2122i2122に書き換えます。
ステップ 3.3.5.2.4.1.1
-1−1をi2i2に書き換えます。
k=±√i212k=±√i212
ステップ 3.3.5.2.4.1.2
11を1212に書き換えます。
k=±√i2122k=±√i2122
k=±√i2122k=±√i2122
ステップ 3.3.5.2.4.2
累乗根の下から項を取り出します。
k=±i√122k=±i√122
ステップ 3.3.5.2.4.3
1のすべての数の累乗は1です。
k=±i√12k=±i√12
ステップ 3.3.5.2.4.4
√12√12を√1√2√1√2に書き換えます。
k=±i√1√2k=±i√1√2
ステップ 3.3.5.2.4.5
11のいずれの根は11です。
k=±i1√2k=±i1√2
ステップ 3.3.5.2.4.6
1√21√2に√2√2√2√2をかけます。
k=±i(1√2⋅√2√2)k=±i(1√2⋅√2√2)
ステップ 3.3.5.2.4.7
分母を組み合わせて簡約します。
ステップ 3.3.5.2.4.7.1
1√21√2に√2√2√2√2をかけます。
k=±i√2√2√2k=±i√2√2√2
ステップ 3.3.5.2.4.7.2
√2√2を11乗します。
k=±i√2√21√2k=±i√2√21√2
ステップ 3.3.5.2.4.7.3
√2√2を11乗します。
k=±i√2√21√21k=±i√2√21√21
ステップ 3.3.5.2.4.7.4
べき乗則aman=am+naman=am+nを利用して指数を組み合わせます。
k=±i√2√21+1k=±i√2√21+1
ステップ 3.3.5.2.4.7.5
11と11をたし算します。
k=±i√2√22k=±i√2√22
ステップ 3.3.5.2.4.7.6
√22√22を22に書き換えます。
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.1
n√ax=axnn√ax=axnを利用し、√2√2を212212に書き換えます。
k=±i√2(212)2k=±i√2(212)2
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.2
べき乗則を当てはめて、指数(am)n=amn(am)n=amnをかけ算します。
k=±i√2212⋅2k=±i√2212⋅2
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.3
1212と22をまとめます。
k=±i√2222k=±i√2222
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.4
22の共通因数を約分します。
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.4.1
共通因数を約分します。
k=±i√2222k=±i√2222
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.4.2
式を書き換えます。
k=±i√221k=±i√221
k=±i√221k=±i√221
ステップ 3.3.5.2.4.7.6.5
指数を求めます。
k=±i√22k=±i√22
k=±i√22k=±i√22
k=±i√22k=±i√22
ステップ 3.3.5.2.4.8
iiと√22√22をまとめます。
k=±i√22k=±i√22
k=±i√22k=±i√22
ステップ 3.3.5.2.5
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 3.3.5.2.5.1
まず、±±の正の数を利用し、1番目の解を求めます。
k=i√22k=i√22
ステップ 3.3.5.2.5.2
次に、±±の負の値を利用し。2番目の解を求めます。
k=-i√22k=−i√22
ステップ 3.3.5.2.5.3
完全解は、解の正と負の部分の両方の計算結果です。
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
ステップ 3.3.6
最終解はek2(2k2+1)=0ek2(2k2+1)=0を真にするすべての値です。
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
k=i√22,-i√22k=i√22,−i√22
ステップ 3.4
微分係数が00または未定義であるという、元の問題の定義域にkkの値はありません。
臨界点が見つかりません
ステップ 3.5
微分係数f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2を00または未定義にする点はありません。f(k)=kek2f(k)=kek2の増加・減少を確認する区間は(-∞,∞)(−∞,∞)です。
(-∞,∞)(−∞,∞)
ステップ 3.6
区間(-∞,∞)(−∞,∞)から11などの任意の数を微分係数f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2に代入し、結果が負か正か確認します。結果が負ならば、グラフは区間(-∞,∞)(−∞,∞)で減少します。結果が正ならば、グラフは区間(-∞,∞)(−∞,∞)で増加しています。
ステップ 3.6.1
式の変数kkを11で置換えます。
f′(1)=2(1)2e(1)2+e(1)2f'(1)=2(1)2e(1)2+e(1)2
ステップ 3.6.2
結果を簡約します。
ステップ 3.6.2.1
各項を簡約します。
ステップ 3.6.2.1.1
1のすべての数の累乗は1です。
f′(1)=2⋅(1e(1)2)+e(1)2f'(1)=2⋅(1e(1)2)+e(1)2
ステップ 3.6.2.1.2
22に11をかけます。
f′(1)=2e(1)2+e(1)2f'(1)=2e(1)2+e(1)2
ステップ 3.6.2.1.3
1のすべての数の累乗は1です。
f′(1)=2e+e(1)2f'(1)=2e+e(1)2
ステップ 3.6.2.1.4
簡約します。
f′(1)=2e+e(1)2f'(1)=2e+e(1)2
ステップ 3.6.2.1.5
1のすべての数の累乗は1です。
f′(1)=2e+ef'(1)=2e+e
ステップ 3.6.2.1.6
簡約します。
f′(1)=2e+ef'(1)=2e+e
f′(1)=2e+ef'(1)=2e+e
ステップ 3.6.2.2
2e2eとeeをたし算します。
f′(1)=3ef'(1)=3e
ステップ 3.6.2.3
最終的な答えは3e3eです。
3e3e
3e3e
3e3e
ステップ 3.7
11をf′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2に代入した結果は3e3eです。これは正なので、グラフは区間(-∞,∞)(−∞,∞)で増加します。
2k2ek2+ek2>02k2ek2+ek2>0なので(-∞,∞)(−∞,∞)で増加
ステップ 3.8
区間(-∞,∞)(−∞,∞)で増加することは、関数が常に増加しているという意味です。
常に増加常に増加
常に増加
ステップ 4
関数は必ずしも1から∞へ減少しないので、積分判定法は当てはまりません。