微分積分例

$\frac{1}{10} x^{5} - 12 x^{3}$

ステップ 1

$\frac{1}{10} x^{5} - 12 x^{3}$ を関数で書きます。

$f (x) = \frac{1}{10} x^{5} - 12 x^{3}$

ステップ 2

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

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1

二次導関数を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1

一次導関数を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1.1

総和則では、 $\frac{1}{10} x^{5} - 12 x^{3}$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [\frac{1}{10} x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$ です。

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{10} x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{10} x^{5}]$ の値を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1.2.1

$\frac{1}{10}$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $\frac{1}{10} x^{5}$ の微分係数は $\frac{1}{10} \frac{d}{d x} [x^{5}]$ です。

$\frac{1}{10} \frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.2

$n = 5$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$\frac{1}{10} (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.3

$5$ と $\frac{1}{10}$ をまとめます。

$\frac{5}{10} x^{4} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.4

$\frac{5}{10}$ と $x^{4}$ をまとめます。

$\frac{5 x^{4}}{10} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.5

$5$ と $10$ の共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1.2.5.1

$5$ を $5 x^{4}$ で因数分解します。

$\frac{5 (x^{4})}{10} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.5.2

共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1.2.5.2.1

$5$ を $10$ で因数分解します。

$\frac{5 x^{4}}{5 \cdot 2} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.5.2.2

共通因数を約分します。

$\frac{5 x^{4}}{5 \cdot 2} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$

ステップ 2.1.1.2.5.2.3

式を書き換えます。

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

ステップ 2.1.1.3

$\frac{d}{d x} [- 12 x^{3}]$ の値を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.1.3.1

$- 12$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $- 12 x^{3}$ の微分係数は $- 12 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ です。

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

ステップ 2.1.1.3.2

$n = 3$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$\frac{x^{4}}{2} - 12 (3 x^{2})$

ステップ 2.1.1.3.3

$3$ に $- 12$ をかけます。

$f' (x) = \frac{x^{4}}{2} - 36 x^{2}$

ステップ 2.1.2

二次導関数を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.2.1

総和則では、 $\frac{x^{4}}{2} - 36 x^{2}$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [\frac{x^{4}}{2}] + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$ です。

$\frac{d}{d x} [\frac{x^{4}}{2}] + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2

$\frac{d}{d x} [\frac{x^{4}}{2}]$ の値を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.2.2.1

$\frac{1}{2}$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $\frac{x^{4}}{2}$ の微分係数は $\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x^{4}]$ です。

$\frac{1}{2} \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.2

$n = 4$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$\frac{1}{2} (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.3

$4$ と $\frac{1}{2}$ をまとめます。

$\frac{4}{2} x^{3} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.4

$\frac{4}{2}$ と $x^{3}$ をまとめます。

$\frac{4 x^{3}}{2} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.5

$4$ と $2$ の共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1.2.2.5.1

$2$ を $4 x^{3}$ で因数分解します。

$\frac{2 (2 x^{3})}{2} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.5.2

共通因数を約分します。

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ステップ 2.1.2.2.5.2.1

$2$ を $2$ で因数分解します。

$\frac{2 (2 x^{3})}{2 (1)} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.5.2.2

共通因数を約分します。

$\frac{2 (2 x^{3})}{2 \cdot 1} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.5.2.3

式を書き換えます。

$\frac{2 x^{3}}{1} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.2.5.2.4

$2 x^{3}$ を $1$ で割ります。

$2 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$

ステップ 2.1.2.3

$\frac{d}{d x} [- 36 x^{2}]$ の値を求めます。

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ステップ 2.1.2.3.1

$- 36$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $- 36 x^{2}$ の微分係数は $- 36 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ です。

$2 x^{3} - 36 \frac{d}{d x} [x^{2}]$

ステップ 2.1.2.3.2

$n = 2$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$2 x^{3} - 36 (2 x)$

ステップ 2.1.2.3.3

$2$ に $- 36$ をかけます。

$f'' (x) = 2 x^{3} - 72 x$

ステップ 2.1.3

$x$ に関する $f (x)$ の二次導関数は $2 x^{3} - 72 x$ です。

$2 x^{3} - 72 x$

ステップ 2.2

二次導関数を $0$ と等しくし、次に方程式 $2 x^{3} - 72 x = 0$ を解きます。

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ステップ 2.2.1

二次導関数を $0$ に等しくします。

$2 x^{3} - 72 x = 0$

ステップ 2.2.2

方程式の左辺を因数分解します。

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ステップ 2.2.2.1

$2 x$ を $2 x^{3} - 72 x$ で因数分解します。

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ステップ 2.2.2.1.1

$2 x$ を $2 x^{3}$ で因数分解します。

$2 x (x^{2}) - 72 x = 0$

ステップ 2.2.2.1.2

$2 x$ を $- 72 x$ で因数分解します。

$2 x (x^{2}) + 2 x (- 36) = 0$

ステップ 2.2.2.1.3

$2 x$ を $2 x (x^{2}) + 2 x (- 36)$ で因数分解します。

$2 x (x^{2} - 36) = 0$

ステップ 2.2.2.2

$36$ を $6^{2}$ に書き換えます。

$2 x (x^{2} - 6^{2}) = 0$

ステップ 2.2.2.3

因数分解。

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ステップ 2.2.2.3.1

両項とも完全平方なので、平方の差の公式 $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ を利用して、因数分解します。このとき、 $a = x$ であり、 $b = 6$ です。

$2 x ((x + 6) (x - 6)) = 0$

ステップ 2.2.2.3.2

不要な括弧を削除します。

$2 x (x + 6) (x - 6) = 0$

ステップ 2.2.3

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。

$x = 0$

$x + 6 = 0$

$x - 6 = 0$

ステップ 2.2.4

$x$ が $0$ に等しいとします。

$x = 0$

ステップ 2.2.5

$x + 6$ を $0$ に等しくし、 $x$ を解きます。

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ステップ 2.2.5.1

$x + 6$ が $0$ に等しいとします。

$x + 6 = 0$

ステップ 2.2.5.2

方程式の両辺から $6$ を引きます。

$x = - 6$

ステップ 2.2.6

$x - 6$ を $0$ に等しくし、 $x$ を解きます。

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ステップ 2.2.6.1

$x - 6$ が $0$ に等しいとします。

$x - 6 = 0$

ステップ 2.2.6.2

方程式の両辺に $6$ を足します。

$x = 6$

ステップ 2.2.7

最終解は $2 x (x + 6) (x - 6) = 0$ を真にするすべての値です。

$x = 0, - 6, 6$

ステップ 3

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：

$(- \infty, \infty)$

集合の内包的記法：

${x | x \in ℝ}$

ステップ 4

二次導関数が0になる $x$ 値の周りの区間と未定義値の区間を作成します。

$(- \infty, - 6) \cup (- 6, 0) \cup (0, 6) \cup (6, \infty)$

ステップ 5

区間 $(- \infty, - 6)$ から任意の数を二次導関数に代入し、凹を求め判定します。

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ステップ 5.1

式の変数 $x$ を $- 8$ で置換えます。

$f'' (- 8) = 2 {(- 8)}^{3} - 72 \cdot - 8$

ステップ 5.2

結果を簡約します。

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ステップ 5.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 5.2.1.1

$- 8$ を $3$ 乗します。

$f'' (- 8) = 2 \cdot - 512 - 72 \cdot - 8$

ステップ 5.2.1.2

$2$ に $- 512$ をかけます。

$f'' (- 8) = - 1024 - 72 \cdot - 8$

ステップ 5.2.1.3

$- 72$ に $- 8$ をかけます。

$f'' (- 8) = - 1024 + 576$

ステップ 5.2.2

$- 1024$ と $576$ をたし算します。

$f'' (- 8) = - 448$

ステップ 5.2.3

最終的な答えは $- 448$ です。

$- 448$

ステップ 5.3

$f'' (- 8)$ が負なので、区間 $(- \infty, - 6)$ でグラフが下に凹です。

$f'' (x)$ が負なので $(- \infty, - 6)$ で下に凹します。

ステップ 6

区間 $(- 6, 0)$ から任意の数を二次導関数に代入し、凹を求め判定します。

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ステップ 6.1

式の変数 $x$ を $- 3$ で置換えます。

$f'' (- 3) = 2 {(- 3)}^{3} - 72 \cdot - 3$

ステップ 6.2

結果を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.2.1

各項を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.2.1.1

$- 3$ を $3$ 乗します。

$f'' (- 3) = 2 \cdot - 27 - 72 \cdot - 3$

ステップ 6.2.1.2

$2$ に $- 27$ をかけます。

$f'' (- 3) = - 54 - 72 \cdot - 3$

ステップ 6.2.1.3

$- 72$ に $- 3$ をかけます。

$f'' (- 3) = - 54 + 216$

ステップ 6.2.2

$- 54$ と $216$ をたし算します。

$f'' (- 3) = 162$

ステップ 6.2.3

最終的な答えは $162$ です。

$162$

ステップ 6.3

$f'' (- 3)$ が正なので、区間 $(- 6, 0)$ でグラフが上に凹です。

$f'' (x)$ が正なので $(- 6, 0)$ で上に凹します。

ステップ 7

区間 $(0, 6)$ から任意の数を二次導関数に代入し、凹を求め判定します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 7.1

式の変数 $x$ を $3$ で置換えます。

$f'' (3) = 2 {(3)}^{3} - 72 \cdot 3$

ステップ 7.2

結果を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 7.2.1

各項を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 7.2.1.1

$3$ を $3$ 乗します。

$f'' (3) = 2 \cdot 27 - 72 \cdot 3$

ステップ 7.2.1.2

$2$ に $27$ をかけます。

$f'' (3) = 54 - 72 \cdot 3$

ステップ 7.2.1.3

$- 72$ に $3$ をかけます。

$f'' (3) = 54 - 216$

ステップ 7.2.2

$54$ から $216$ を引きます。

$f'' (3) = - 162$

ステップ 7.2.3

最終的な答えは $- 162$ です。

$- 162$

ステップ 7.3

$f'' (3)$ が負なので、区間 $(0, 6)$ でグラフが下に凹です。

$f'' (x)$ が負なので $(0, 6)$ で下に凹します。

ステップ 8

区間 $(6, \infty)$ から任意の数を二次導関数に代入し、凹を求め判定します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.1

式の変数 $x$ を $8$ で置換えます。

$f'' (8) = 2 {(8)}^{3} - 72 \cdot 8$

ステップ 8.2

結果を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.2.1

各項を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.2.1.1

$8$ を $3$ 乗します。

$f'' (8) = 2 \cdot 512 - 72 \cdot 8$

ステップ 8.2.1.2

$2$ に $512$ をかけます。

$f'' (8) = 1024 - 72 \cdot 8$

ステップ 8.2.1.3

$- 72$ に $8$ をかけます。

$f'' (8) = 1024 - 576$

ステップ 8.2.2

$1024$ から $576$ を引きます。

$f'' (8) = 448$

ステップ 8.2.3

最終的な答えは $448$ です。

$448$

ステップ 8.3

$f'' (8)$ が正なので、区間 $(6, \infty)$ でグラフが上に凹です。

$f'' (x)$ が正なので $(6, \infty)$ で上に凹します。

ステップ 9

二次導関数が負のときグラフは下に凹で、二次導関数が正のときグラフは上に凹です。

$f'' (x)$ が負なので $(- \infty, - 6)$ で下に凹します。

$f'' (x)$ が正なので $(- 6, 0)$ で上に凹します。

$f'' (x)$ が負なので $(0, 6)$ で下に凹します。

$f'' (x)$ が正なので $(6, \infty)$ で上に凹します。

ステップ 10

微分積分 例

微分積分例