微分積分例

$f (x) = \frac{4 x}{x^{2} + 1}$

ステップ 1

一次導関数を求めます。

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ステップ 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 1.1.1

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

$f' (x) = 4 \frac{d}{d x} (\frac{x}{x^{2} + 1})$

ステップ 1.1.2

$f (x) = x$ および $g (x) = x^{2} + 1$ のとき、 $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ は $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ であるという商の法則を使って微分します。

$f' (x) = 4 (\frac{(x^{2} + 1) \frac{d}{d x} (x) - x \frac{d}{d x} (x^{2} + 1)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3

微分します。

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ステップ 1.1.3.1

$n = 1$ 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。

$f' (x) = 4 (\frac{(x^{2} + 1) \cdot 1 - x \frac{d}{d x} (x^{2} + 1)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.2

$x^{2} + 1$ に $1$ をかけます。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - x \frac{d}{d x} (x^{2} + 1)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.3

総和則では、 $x^{2} + 1$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]$ です。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - x (\frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (1))}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.4

$n = 2$ 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。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - x (2 x + \frac{d}{d x} (1))}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.5

$1$ は $x$ について定数なので、 $x$ について $1$ の微分係数は $0$ です。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - x (2 x + 0)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.6

式を簡約します。

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ステップ 1.1.3.6.1

$2 x$ と $0$ をたし算します。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - x (2 x)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.3.6.2

$2$ に $- 1$ をかけます。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - 2 x \cdot x}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.4

$x$ を $1$ 乗します。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - 2 (x \cdot x)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.5

$x$ を $1$ 乗します。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - 2 (x \cdot x)}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.6

べき乗則 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ を利用して指数を組み合わせます。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - 2 x^{1 + 1}}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.7

$1$ と $1$ をたし算します。

$f' (x) = 4 (\frac{x^{2} + 1 - 2 x^{2}}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.8

$x^{2}$ から $2 x^{2}$ を引きます。

$f' (x) = 4 (\frac{- x^{2} + 1}{{(x^{2} + 1)}^{2}})$

ステップ 1.1.9

$4$ と $\frac{- x^{2} + 1}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$ をまとめます。

$f' (x) = \frac{4 (- x^{2} + 1)}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$

ステップ 1.1.10

簡約します。

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ステップ 1.1.10.1

分配則を当てはめます。

$f' (x) = \frac{4 (- x^{2}) + 4 \cdot 1}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$

ステップ 1.1.10.2

各項を簡約します。

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ステップ 1.1.10.2.1

$- 1$ に $4$ をかけます。

$f' (x) = \frac{- 4 x^{2} + 4 \cdot 1}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$

ステップ 1.1.10.2.2

$4$ に $1$ をかけます。

$f' (x) = \frac{- 4 x^{2} + 4}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$

ステップ 1.2

$x$ に関する $f (x)$ の一次導関数は $\frac{- 4 x^{2} + 4}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$ です。

$\frac{- 4 x^{2} + 4}{{(x^{2} + 1)}^{2}}$

ステップ 2

一次導関数を $0$ と等しくし、次に方程式 $\frac{- 4 x^{2} + 4}{{(x^{2} + 1)}^{2}} = 0$ を解きます。

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ステップ 2.1

一次導関数を $0$ に等しくします。

$\frac{- 4 x^{2} + 4}{{(x^{2} + 1)}^{2}} = 0$

ステップ 2.2

分子を0に等しくします。

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

ステップ 2.3

$x$ について方程式を解きます。

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ステップ 2.3.1

方程式の両辺から $4$ を引きます。

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

ステップ 2.3.2

$- 4 x^{2} = - 4$ の各項を $- 4$ で割り、簡約します。

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ステップ 2.3.2.1

$- 4 x^{2} = - 4$ の各項を $- 4$ で割ります。

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

ステップ 2.3.2.2

左辺を簡約します。

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ステップ 2.3.2.2.1

$- 4$ の共通因数を約分します。

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ステップ 2.3.2.2.1.1

共通因数を約分します。

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

ステップ 2.3.2.2.1.2

$x^{2}$ を $1$ で割ります。

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

ステップ 2.3.2.3

右辺を簡約します。

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ステップ 2.3.2.3.1

$- 4$ を $- 4$ で割ります。

$x^{2} = 1$

ステップ 2.3.3

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

$x = \pm \sqrt{1}$

ステップ 2.3.4

$1$ のいずれの根は $1$ です。

$x = \pm 1$

ステップ 2.3.5

完全解は、解の正と負の部分の両方の計算結果です。

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ステップ 2.3.5.1

まず、 $\pm$ の正の数を利用し、1番目の解を求めます。

$x = 1$

ステップ 2.3.5.2

次に、 $\pm$ の負の値を利用し。2番目の解を求めます。

$x = - 1$

ステップ 2.3.5.3

完全解は、解の正と負の部分の両方の計算結果です。

$x = 1, - 1$

ステップ 3

微分係数が未定義になる値を求めます。

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ステップ 3.1

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 4

微分係数が $0$ または未定義のとき、各 $x$ における $\frac{4 x}{x^{2} + 1}$ の値を求めます。

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ステップ 4.1

$x = 1$ での値を求めます。

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ステップ 4.1.1

$1$ を $x$ に代入します。

$\frac{4 (1)}{{(1)}^{2} + 1}$

ステップ 4.1.2

簡約します。

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ステップ 4.1.2.1

$4$ に $1$ をかけます。

$\frac{4}{1^{2} + 1}$

ステップ 4.1.2.2

分母を簡約します。

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ステップ 4.1.2.2.1

1のすべての数の累乗は1です。

$\frac{4}{1 + 1}$

ステップ 4.1.2.2.2

$1$ と $1$ をたし算します。

$\frac{4}{2}$

ステップ 4.1.2.3

$4$ を $2$ で割ります。

$2$

ステップ 4.2

$x = - 1$ での値を求めます。

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ステップ 4.2.1

$- 1$ を $x$ に代入します。

$\frac{4 (- 1)}{{(- 1)}^{2} + 1}$

ステップ 4.2.2

簡約します。

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ステップ 4.2.2.1

$4$ に $- 1$ をかけます。

$\frac{- 4}{{(- 1)}^{2} + 1}$

ステップ 4.2.2.2

分母を簡約します。

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ステップ 4.2.2.2.1

$- 1$ を $2$ 乗します。

$\frac{- 4}{1 + 1}$

ステップ 4.2.2.2.2

$1$ と $1$ をたし算します。

$\frac{- 4}{2}$

ステップ 4.2.2.3

$- 4$ を $2$ で割ります。

$- 2$

ステップ 4.3

点のすべてを一覧にします。

$(1, 2), (- 1, - 2)$

ステップ 5

微分積分 例

微分積分例