Математический анализ Примеры
∞∑k=1kek2∞∑k=1kek2
Этап 1
Этап 1.1
Область определения выражения ― все действительные числа, за исключением случаев, когда выражение не определено. В данном случае не существует вещественного числа, при котором выражение не определено.
Интервальное представление:
(-∞,∞)(−∞,∞)
Обозначение построения множества:
{k|k∈ℝ}{k|k∈R}
Этап 1.2
f(k)f(k) — непрерывное выражение в области [1,∞)[1,∞).
Функция является непрерывной.Функция является непрерывной.
Функция является непрерывной.Функция является непрерывной.
Этап 2
Этап 2.1
Составим неравенство.
kek2>0kek2>0
Этап 2.2
Решим неравенство.
Этап 2.2.1
Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен 00, все выражение равно 00.
k=0k=0
ek2=0ek2=0
Этап 2.2.2
Приравняем kk к 00.
k=0k=0
Этап 2.2.3
Приравняем ek2ek2 к 00, затем решим относительно kk.
Этап 2.2.3.1
Приравняем ek2ek2 к 00.
ek2=0ek2=0
Этап 2.2.3.2
Решим ek2=0ek2=0 относительно kk.
Этап 2.2.3.2.1
Возьмем натуральный логарифм обеих частей уравнения, чтобы удалить переменную из показателя степени.
ln(ek2)=ln(0)ln(ek2)=ln(0)
Этап 2.2.3.2.2
Уравнение невозможно решить, так как выражение ln(0)ln(0) не определено.
Неопределенные
Этап 2.2.3.2.3
Нет решения для ek2=0ek2=0
Нет решения
Нет решения
Нет решения
Этап 2.2.4
Окончательным решением являются все значения, при которых kek2>0kek2>0 верно.
k=0k=0
Этап 2.2.5
Решение состоит из всех истинных интервалов.
k>0k>0
k>0k>0
k>0k>0
Этап 3
Этап 3.1
Запишем kek2kek2 в виде функции.
f(k)=kek2f(k)=kek2
Этап 3.2
Найдем первую производную.
Этап 3.2.1
Найдем первую производную.
Этап 3.2.1.1
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что ddk[f(k)g(k)]ddk[f(k)g(k)] имеет вид f(k)ddk[g(k)]+g(k)ddk[f(k)]f(k)ddk[g(k)]+g(k)ddk[f(k)], где f(k)=kf(k)=k и g(k)=ek2g(k)=ek2.
kddk[ek2]+ek2ddk[k]kddk[ek2]+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.2
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что ddk[f(g(k))]ddk[f(g(k))] имеет вид f′(g(k))g′(k)f'(g(k))g'(k), где f(k)=ekf(k)=ek и g(k)=k2g(k)=k2.
Этап 3.2.1.2.1
Чтобы применить цепное правило, зададим uu как k2k2.
k(ddu[eu]ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ddu[eu]ddk[k2])+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.2.2
Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что ddu[au]ddu[au] имеет вид auln(a)auln(a), где aa=ee.
k(euddk[k2])+ek2ddk[k]k(euddk[k2])+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.2.3
Заменим все вхождения uu на k2k2.
k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]
k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]k(ek2ddk[k2])+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.3
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что ddk[kn]ddk[kn] имеет вид nkn-1nkn−1, где n=2n=2.
k(ek2(2k))+ek2ddk[k]k(ek2(2k))+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.4
Возведем kk в степень 11.
k1k(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1k(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.5
Возведем kk в степень 11.
k1k1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1k1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.6
Применим правило степени aman=am+naman=am+n для объединения показателей.
k1+1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k1+1(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.7
Упростим выражение.
Этап 3.2.1.7.1
Добавим 11 и 11.
k2(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]k2(ek2⋅(2))+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.7.2
Перенесем 22 влево от ek2ek2.
k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]
k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]k2(2⋅ek2)+ek2ddk[k]
Этап 3.2.1.8
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что ddk[kn]ddk[kn] имеет вид nkn-1nkn−1, где n=1n=1.
k2(2ek2)+ek2⋅1k2(2ek2)+ek2⋅1
Этап 3.2.1.9
Умножим ek2ek2 на 11.
k2(2ek2)+ek2k2(2ek2)+ek2
Этап 3.2.1.10
Упростим.
Этап 3.2.1.10.1
Изменим порядок членов.
2ek2k2+ek22ek2k2+ek2
Этап 3.2.1.10.2
Изменим порядок множителей в 2ek2k2+ek22ek2k2+ek2.
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
f′(k)=2k2ek2+ek2f'(k)=2k2ek2+ek2
Этап 3.2.2
Первая производная f(k)f(k) по kk равна 2k2ek2+ek22k2ek2+ek2.
2k2ek2+ek22k2ek2+ek2
2k2ek2+ek22k2ek2+ek2
Этап 3.3
Приравняем первую производную к 00, затем найдем решение уравнения 2k2ek2+ek2=02k2ek2+ek2=0.
Этап 3.3.1
Пусть первая производная равна 00.
2k2ek2+ek2=02k2ek2+ek2=0
Этап 3.3.2
Вынесем множитель ek2ek2 из 2k2ek2+ek22k2ek2+ek2.
Этап 3.3.2.1
Вынесем множитель ek2ek2 из 2k2ek22k2ek2.
ek2(2k2)+ek2=0ek2(2k2)+ek2=0
Этап 3.3.2.2
Умножим на 11.
ek2(2k2)+ek2⋅1=0ek2(2k2)+ek2⋅1=0
Этап 3.3.2.3
Вынесем множитель ek2ek2 из ek2(2k2)+ek2⋅1ek2(2k2)+ek2⋅1.
ek2(2k2+1)=0ek2(2k2+1)=0
ek2(2k2+1)=0ek2(2k2+1)=0
Этап 3.3.3
Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен 00, все выражение равно 00.
ek2=0ek2=0
2k2+1=02k2+1=0
Этап 3.3.4
Приравняем ek2ek2 к 00, затем решим относительно kk.
Этап 3.3.4.1
Приравняем ek2ek2 к 00.
ek2=0ek2=0
Этап 3.3.4.2
Решим ek2=0ek2=0 относительно kk.
Этап 3.3.4.2.1
Возьмем натуральный логарифм обеих частей уравнения, чтобы удалить переменную из показателя степени.
ln(ek2)=ln(0)ln(ek2)=ln(0)
Этап 3.3.4.2.2
Уравнение невозможно решить, так как выражение ln(0)ln(0) не определено.
Неопределенные
Этап 3.3.4.2.3
Нет решения для ek2=0ek2=0
Нет решения
Нет решения
Нет решения
Этап 3.3.5
Приравняем 2k2+12k2+1 к 00, затем решим относительно kk.
Этап 3.3.5.1
Приравняем 2k2+12k2+1 к 00.
2k2+1=02k2+1=0
Этап 3.3.5.2
Решим 2k2+1=02k2+1=0 относительно kk.
Этап 3.3.5.2.1
Вычтем 11 из обеих частей уравнения.
2k2=-12k2=−1
Этап 3.3.5.2.2
Разделим каждый член 2k2=-12k2=−1 на 22 и упростим.
Этап 3.3.5.2.2.1
Разделим каждый член 2k2=-12k2=−1 на 22.
2k22=-122k22=−12
Этап 3.3.5.2.2.2
Упростим левую часть.
Этап 3.3.5.2.2.2.1
Сократим общий множитель 22.
Этап 3.3.5.2.2.2.1.1
Сократим общий множитель.
2k22=-12
Этап 3.3.5.2.2.2.1.2
Разделим k2 на 1.
k2=-12
k2=-12
k2=-12
Этап 3.3.5.2.2.3
Упростим правую часть.
Этап 3.3.5.2.2.3.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
k2=-12
k2=-12
k2=-12
Этап 3.3.5.2.3
Возьмем указанный корень от обеих частей уравнения, чтобы исключить член со степенью в левой части.
k=±√-12
Этап 3.3.5.2.4
Упростим ±√-12.
Этап 3.3.5.2.4.1
Перепишем -12 в виде i2122.
Этап 3.3.5.2.4.1.1
Перепишем -1 в виде i2.
k=±√i212
Этап 3.3.5.2.4.1.2
Перепишем 1 в виде 12.
k=±√i2122
k=±√i2122
Этап 3.3.5.2.4.2
Вынесем члены из-под знака корня.
k=±i√122
Этап 3.3.5.2.4.3
Единица в любой степени равна единице.
k=±i√12
Этап 3.3.5.2.4.4
Перепишем √12 в виде √1√2.
k=±i√1√2
Этап 3.3.5.2.4.5
Любой корень из 1 равен 1.
k=±i1√2
Этап 3.3.5.2.4.6
Умножим 1√2 на √2√2.
k=±i(1√2⋅√2√2)
Этап 3.3.5.2.4.7
Объединим и упростим знаменатель.
Этап 3.3.5.2.4.7.1
Умножим 1√2 на √2√2.
k=±i√2√2√2
Этап 3.3.5.2.4.7.2
Возведем √2 в степень 1.
k=±i√2√21√2
Этап 3.3.5.2.4.7.3
Возведем √2 в степень 1.
k=±i√2√21√21
Этап 3.3.5.2.4.7.4
Применим правило степени aman=am+n для объединения показателей.
k=±i√2√21+1
Этап 3.3.5.2.4.7.5
Добавим 1 и 1.
k=±i√2√22
Этап 3.3.5.2.4.7.6
Перепишем √22 в виде 2.
Этап 3.3.5.2.4.7.6.1
С помощью n√ax=axn запишем √2 в виде 212.
k=±i√2(212)2
Этап 3.3.5.2.4.7.6.2
Применим правило степени и перемножим показатели, (am)n=amn.
k=±i√2212⋅2
Этап 3.3.5.2.4.7.6.3
Объединим 12 и 2.
k=±i√2222
Этап 3.3.5.2.4.7.6.4
Сократим общий множитель 2.
Этап 3.3.5.2.4.7.6.4.1
Сократим общий множитель.
k=±i√2222
Этап 3.3.5.2.4.7.6.4.2
Перепишем это выражение.
k=±i√221
k=±i√221
Этап 3.3.5.2.4.7.6.5
Найдем экспоненту.
k=±i√22
k=±i√22
k=±i√22
Этап 3.3.5.2.4.8
Объединим i и √22.
k=±i√22
k=±i√22
Этап 3.3.5.2.5
Полное решение является результатом как положительных, так и отрицательных частей решения.
Этап 3.3.5.2.5.1
Сначала с помощью положительного значения ± найдем первое решение.
k=i√22
Этап 3.3.5.2.5.2
Затем, используя отрицательное значение ±, найдем второе решение.
k=-i√22
Этап 3.3.5.2.5.3
Полное решение является результатом как положительных, так и отрицательных частей решения.
k=i√22,-i√22
k=i√22,-i√22
k=i√22,-i√22
k=i√22,-i√22
Этап 3.3.6
Окончательным решением являются все значения, при которых ek2(2k2+1)=0 верно.
k=i√22,-i√22
k=i√22,-i√22
Этап 3.4
В области определения исходной задачи нет значений k, при которых производная равна 0 или не определена.
Критические точки не найдены
Этап 3.5
Нет точек, в которых производная f′(k)=2k2ek2+ek2 была бы равна 0 или не определена. f(k)=kek2 проверяется на возрастание или убывание на интервале (-∞,∞).
(-∞,∞)
Этап 3.6
Подставим любое число, например 1, из интервала (-∞,∞) в производную f′(k)=2k2ek2+ek2, чтобы проверить, является результат отрицательным или положительным. Если результат отрицательный, график убывает на интервале (-∞,∞). Если результат положительный, график возрастает на интервале (-∞,∞).
Этап 3.6.1
Заменим в этом выражении переменную k на 1.
f′(1)=2(1)2e(1)2+e(1)2
Этап 3.6.2
Упростим результат.
Этап 3.6.2.1
Упростим каждый член.
Этап 3.6.2.1.1
Единица в любой степени равна единице.
f′(1)=2⋅(1e(1)2)+e(1)2
Этап 3.6.2.1.2
Умножим 2 на 1.
f′(1)=2e(1)2+e(1)2
Этап 3.6.2.1.3
Единица в любой степени равна единице.
f′(1)=2e+e(1)2
Этап 3.6.2.1.4
Упростим.
f′(1)=2e+e(1)2
Этап 3.6.2.1.5
Единица в любой степени равна единице.
f′(1)=2e+e
Этап 3.6.2.1.6
Упростим.
f′(1)=2e+e
f′(1)=2e+e
Этап 3.6.2.2
Добавим 2e и e.
f′(1)=3e
Этап 3.6.2.3
Окончательный ответ: 3e.
3e
3e
3e
Этап 3.7
Результат подстановки 1 в f′(k)=2k2ek2+ek2 равен 3e и является положительным, поэтому график возрастает на интервале (-∞,∞).
Возрастание в области (-∞,∞), так как 2k2ek2+ek2>0
Этап 3.8
Возрастание на интервале (-∞,∞) означает, что функция постоянно возрастает.
Всегда возрастающие
Всегда возрастающие
Этап 4
Интегральный критерий неприменим, так как функция не всегда убывает в интервале от 1 до ∞.