微分積分例

$f (x) = x^{3} - 3 x + 1$

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。

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ステップ 1.1.1

微分します。

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ステップ 1.1.1.1

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

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

ステップ 1.1.1.2

$n = 3$ 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。

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

ステップ 1.1.2

$\frac{d}{d x} [- 3 x]$ の値を求めます。

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ステップ 1.1.2.1

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

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

ステップ 1.1.2.2

$n = 1$ 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。

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

ステップ 1.1.2.3

$- 3$ に $1$ をかけます。

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

ステップ 1.1.3

定数の規則を使って微分します。

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ステップ 1.1.3.1

$1$ 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。

$3 x^{2} - 3 + 0$

ステップ 1.1.3.2

$3 x^{2} - 3$ と $0$ をたし算します。

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

ステップ 1.2

$x$ に関する $f (x)$ の一次導関数は $3 x^{2} - 3$ です。

$3 x^{2} - 3$

ステップ 2

一次導関数を $0$ と等しくし、次に方程式 $3 x^{2} - 3 = 0$ 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。

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

ステップ 2.2

方程式の両辺に $3$ を足します。

$3 x^{2} = 3$

ステップ 2.3

$3 x^{2} = 3$ の各項を $3$ で割り、簡約します。

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ステップ 2.3.1

$3 x^{2} = 3$ の各項を $3$ で割ります。

$\frac{3 x^{2}}{3} = \frac{3}{3}$

ステップ 2.3.2

左辺を簡約します。

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ステップ 2.3.2.1

$3$ の共通因数を約分します。

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ステップ 2.3.2.1.1

共通因数を約分します。

$\frac{3 x^{2}}{3} = \frac{3}{3}$

ステップ 2.3.2.1.2

$x^{2}$ を $1$ で割ります。

$x^{2} = \frac{3}{3}$

ステップ 2.3.3

右辺を簡約します。

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ステップ 2.3.3.1

$3$ を $3$ で割ります。

$x^{2} = 1$

ステップ 2.4

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。

$x = \pm \sqrt{1}$

ステップ 2.5

$1$ のいずれの根は $1$ です。

$x = \pm 1$

ステップ 2.6

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 2.6.1

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 2.6.2

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 2.6.3

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 $0$ に等しくなるような値は $1, - 1$ です。

$1, - 1$

ステップ 4

微分係数 $0$ または未定義になる $x$ 値の周囲で、 $(- \infty, \infty)$ を分離区間に分割します。

$(- \infty, - 1) \cup (- 1, 1) \cup (1, \infty)$

ステップ 5

区間 $(- \infty, - 1)$ から値を微分係数に代入し、関数が増加関数か減少関数か判定します。

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ステップ 5.1

式の変数 $x$ を $- 2$ で置換えます。

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

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

$- 2$ を $2$ 乗します。

$f' (- 2) = 3 \cdot 4 - 3$

ステップ 5.2.1.2

$3$ に $4$ をかけます。

$f' (- 2) = 12 - 3$

ステップ 5.2.2

$12$ から $3$ を引きます。

$f' (- 2) = 9$

ステップ 5.2.3

最終的な答えは $9$ です。

$9$

ステップ 5.3

$x = - 2$ で微分係数は $9$ です。これは正の値なので、関数は $(- \infty, - 1)$ で増加します。

$f' (x) > 0$ なので $(- \infty, - 1)$ で増加

ステップ 6

区間 $(- 1, 1)$ から値を微分係数に代入し、関数が増加関数か減少関数か判定します。

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ステップ 6.1

式の変数 $x$ を $0$ で置換えます。

$f' (0) = 3 {(0)}^{2} - 3$

ステップ 6.2

結果を簡約します。

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ステップ 6.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 6.2.1.1

$0$ を正数乗し、 $0$ を得ます。

$f' (0) = 3 \cdot 0 - 3$

ステップ 6.2.1.2

$3$ に $0$ をかけます。

$f' (0) = 0 - 3$

ステップ 6.2.2

$0$ から $3$ を引きます。

$f' (0) = - 3$

ステップ 6.2.3

最終的な答えは $- 3$ です。

$- 3$

ステップ 6.3

$x = 0$ で微分係数は $- 3$ です。これは負の値なので、関数は $(- 1, 1)$ で減少します。

$f' (x) < 0$ なので $(- 1, 1)$ で減少

ステップ 7

区間 $(1, \infty)$ から値を微分係数に代入し、関数が増加関数か減少関数か判定します。

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ステップ 7.1

式の変数 $x$ を $2$ で置換えます。

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

ステップ 7.2

結果を簡約します。

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ステップ 7.2.1

各項を簡約します。

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ステップ 7.2.1.1

$2$ を $2$ 乗します。

$f' (2) = 3 \cdot 4 - 3$

ステップ 7.2.1.2

$3$ に $4$ をかけます。

$f' (2) = 12 - 3$

ステップ 7.2.2

$12$ から $3$ を引きます。

$f' (2) = 9$

ステップ 7.2.3

最終的な答えは $9$ です。

$9$

ステップ 7.3

$x = 2$ で微分係数は $9$ です。これは正の値なので、関数は $(1, \infty)$ で増加します。

$f' (x) > 0$ なので $(1, \infty)$ で増加

ステップ 8

関数が増加する区間と減少する区間を記載します。

$(- \infty, - 1), (1, \infty)$ で増加

$(- 1, 1)$ で減少

ステップ 9

微分積分 例

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