Математический анализ Примеры

$\frac{1 + x + y}{\sqrt{1 + x^{2} + y^{2}}}$

Этап 1

С помощью $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ запишем $\sqrt{1 + x^{2} + y^{2}}$ в виде ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ .

$\frac{d}{d x} [\frac{1 + x + y}{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}}]$

Этап 2

Продифференцируем, используя правило частного, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ имеет вид $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ , где $f (x) = 1 + x + y$ и $g (x) = {(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ .

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

Этап 3

Перемножим экспоненты в ${({(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}})}^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Применим правило степени и перемножим показатели, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

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

Этап 3.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 3.2.2

Перепишем это выражение.

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

Этап 4

Упростим.

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

Этап 5

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

По правилу суммы производная $1 + x + y$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [y]$ .

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

Этап 5.2

Поскольку $1$ является константой относительно $x$ , производная $1$ относительно $x$ равна $0$ .

$\frac{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}} (0 + \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [y]) - (1 + x + y) \frac{d}{d x} [{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}]}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 5.3

Добавим $0$ и $\frac{d}{d x} [x]$ .

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

Этап 5.4

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

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

Этап 5.5

Поскольку $y$ является константой относительно $x$ , производная $y$ относительно $x$ равна $0$ .

$\frac{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}} (1 + 0) - (1 + x + y) \frac{d}{d x} [{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}]}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 5.6

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.6.1

Добавим $1$ и $0$ .

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

Этап 5.6.2

Умножим ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ на $1$ .

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

Этап 6

Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ имеет вид $f' (g (x)) g' (x)$ , где $f (x) = x^{\frac{1}{2}}$ и $g (x) = 1 + x^{2} + y^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u_{1}$ как $1 + x^{2} + y^{2}$ .

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

Этап 6.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{1}}^{n - 1}$ , где $n = \frac{1}{2}$ .

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

Этап 6.3

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $1 + x^{2} + y^{2}$ .

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

Этап 7

Чтобы записать $- 1$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{2}{2}$ .

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

Этап 8

Объединим $- 1$ и $\frac{2}{2}$ .

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

Этап 9

Объединим числители над общим знаменателем.

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

Этап 10

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

Умножим $- 1$ на $2$ .

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

Этап 10.2

Вычтем $2$ из $1$ .

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

Этап 11

Объединим дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

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

Этап 11.2

Объединим $\frac{1}{2}$ и ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{- \frac{1}{2}}$ .

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

Этап 11.3

Перенесем ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{- \frac{1}{2}}$ в знаменатель, используя правило отрицательных степеней $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

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

Этап 12

По правилу суммы производная $1 + x^{2} + y^{2}$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [y^{2}]$ .

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

Этап 13

Поскольку $1$ является константой относительно $x$ , производная $1$ относительно $x$ равна $0$ .

$\frac{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}} - (1 + x + y) (\frac{1}{2 {(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}} (0 + \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [y^{2}]))}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 14

Добавим $0$ и $\frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

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

Этап 15

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 2$ .

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

Этап 16

Поскольку $y^{2}$ является константой относительно $x$ , производная $y^{2}$ относительно $x$ равна $0$ .

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

Этап 17

Упростим члены.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.1

Добавим $2 x$ и $0$ .

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

Этап 17.2

Объединим $2$ и $\frac{1}{2 {(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}}$ .

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

Этап 17.3

Объединим $\frac{2}{2 {(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}}$ и $x$ .

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

Этап 17.4

Сократим общий множитель.

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

Этап 17.5

Перепишем это выражение.

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

Этап 18

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.1

Применим свойство дистрибутивности.

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

Этап 18.2

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.1

Пусть $u_{2} = {(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ . Подставим $u_{2}$ вместо ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ для всех.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.1.1

Умножим $u_{2}$ на $u_{2}$ .

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

Этап 18.2.1.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{\frac{{u_{2}}^{2} - 1 x - x \cdot x - y x}{u_{2}}}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 18.2.1.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.1.3.1

Перепишем $- 1 x$ в виде $- x$ .

$\frac{\frac{{u_{2}}^{2} - x - x \cdot x - y x}{u_{2}}}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 18.2.1.3.2

Умножим $x$ на $x$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.1.3.2.1

Перенесем $x$ .

$\frac{\frac{{u_{2}}^{2} - x - (x \cdot x) - y x}{u_{2}}}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 18.2.1.3.2.2

Умножим $x$ на $x$ .

$\frac{\frac{{u_{2}}^{2} - x - x^{2} - y x}{u_{2}}}{1 + x^{2} + y^{2}}$

Этап 18.2.2

Заменим все вхождения $u_{2}$ на ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ .

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

Этап 18.2.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.3.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.3.1.1

Перемножим экспоненты в ${({(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}})}^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.3.1.1.1

Применим правило степени и перемножим показатели, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

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

Этап 18.2.3.1.1.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.3.1.1.2.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 18.2.3.1.1.2.2

Перепишем это выражение.

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

Этап 18.2.3.1.2

Упростим.

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

Этап 18.2.3.2

Объединим противоположные члены в $1 + x^{2} + y^{2} - x - x^{2} - y x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.2.3.2.1

Вычтем $x^{2}$ из $x^{2}$ .

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

Этап 18.2.3.2.2

Добавим $1 + y^{2} - x$ и $0$ .

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

Этап 18.3

Объединим термины.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.3.1

Перепишем $\frac{\frac{1 + y^{2} - x - y x}{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}}}{1 + x^{2} + y^{2}}$ в виде произведения.

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

Этап 18.3.2

Умножим $\frac{1 + y^{2} - x - y x}{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}}$ на $\frac{1}{1 + x^{2} + y^{2}}$ .

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

Этап 18.3.3

Умножим ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ на $1 + x^{2} + y^{2}$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.3.3.1

Умножим ${(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{1}{2}}$ на $1 + x^{2} + y^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 18.3.3.1.1

Возведем $1 + x^{2} + y^{2}$ в степень $1$ .

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

Этап 18.3.3.1.2

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

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

Этап 18.3.3.2

Запишем $1$ в виде дроби с общим знаменателем.

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

Этап 18.3.3.3

Объединим числители над общим знаменателем.

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

Этап 18.3.3.4

Добавим $1$ и $2$ .

$\frac{1 + y^{2} - x - y x}{{(1 + x^{2} + y^{2})}^{\frac{3}{2}}}$

Этап 18.4

Изменим порядок членов.

$\frac{y^{2} - x y - x + 1}{{(x^{2} + y^{2} + 1)}^{\frac{3}{2}}}$