Математический анализ Примеры

$f (x) = x^{4} - 3 x^{2} + 3 x + 1$

Этап 1

Найдем первую производную функции.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

По правилу суммы производная $x^{4} - 3 x^{2} + 3 x + 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 3 x^{2}] + \frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [1]$ .

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

Этап 1.1.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 4$ .

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

Этап 1.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 3 x^{2}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Поскольку $- 3$ является константой относительно $x$ , производная $- 3 x^{2}$ по $x$ равна $- 3 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

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

Этап 1.2.2

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

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

Этап 1.2.3

Умножим $2$ на $- 3$ .

$4 x^{3} - 6 x + \frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 1.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [3 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

Поскольку $3$ является константой относительно $x$ , производная $3 x$ по $x$ равна $3 \frac{d}{d x} [x]$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 1.3.2

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

$4 x^{3} - 6 x + 3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 1.3.3

Умножим $3$ на $1$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3 + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 1.4

Продифференцируем, используя правило константы.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1

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

$4 x^{3} - 6 x + 3 + 0$

Этап 1.4.2

Добавим $4 x^{3} - 6 x + 3$ и $0$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3$

Этап 2

Найдем вторую производную функции.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

По правилу суммы производная $4 x^{3} - 6 x + 3$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 6 x] + \frac{d}{d x} [3]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 6 x) + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [4 x^{3}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

Поскольку $4$ является константой относительно $x$ , производная $4 x^{3}$ по $x$ равна $4 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f'' (x) = 4 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 6 x) + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.2.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 3$ .

$f'' (x) = 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 6 x) + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.2.3

Умножим $3$ на $4$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + \frac{d}{d x} (- 6 x) + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 6 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.1

Поскольку $- 6$ является константой относительно $x$ , производная $- 6 x$ по $x$ равна $- 6 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 6 \frac{d}{d x} x + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.3.2

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

$f'' (x) = 12 x^{2} - 6 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.3.3

Умножим $- 6$ на $1$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 6 + \frac{d}{d x} (3)$

Этап 2.4

Продифференцируем, используя правило константы.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.4.1

Поскольку $3$ является константой относительно $x$ , производная $3$ относительно $x$ равна $0$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 6 + 0$

Этап 2.4.2

Добавим $12 x^{2} - 6$ и $0$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 6$

Этап 3

Чтобы найти локальные максимумы и минимумы функции, приравняем производную к $0$ и решим полученное уравнение.

$4 x^{3} - 6 x + 3 = 0$

Этап 4

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.1

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.1.1

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

Этап 4.1.1.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 4$ .

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

Этап 4.1.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 3 x^{2}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.2.1

Поскольку $- 3$ является константой относительно $x$ , производная $- 3 x^{2}$ по $x$ равна $- 3 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

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

Этап 4.1.2.2

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

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

Этап 4.1.2.3

Умножим $2$ на $- 3$ .

$4 x^{3} - 6 x + \frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 4.1.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [3 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.3.1

Поскольку $3$ является константой относительно $x$ , производная $3 x$ по $x$ равна $3 \frac{d}{d x} [x]$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 4.1.3.2

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

$4 x^{3} - 6 x + 3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 4.1.3.3

Умножим $3$ на $1$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3 + \frac{d}{d x} [1]$

Этап 4.1.4

Продифференцируем, используя правило константы.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.4.1

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

$4 x^{3} - 6 x + 3 + 0$

Этап 4.1.4.2

Добавим $4 x^{3} - 6 x + 3$ и $0$ .

$f' (x) = 4 x^{3} - 6 x + 3$

Этап 4.2

Первая производная $f (x)$ по $x$ равна $4 x^{3} - 6 x + 3$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3$

Этап 5

Приравняем первую производную к $0$ , затем найдем решение уравнения $4 x^{3} - 6 x + 3 = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Пусть первая производная равна $0$ .

$4 x^{3} - 6 x + 3 = 0$

Этап 5.2

Построим график каждой части уравнения. Решение — абсцисса (координата x) точки пересечения.

$x \approx - 1.42366105$

Этап 6

Найдем значения, при которых производная не определена.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

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.

Этап 7

Критические точки, которые необходимо вычислить.

$x = - 1.42366105$

Этап 8

Найдем вторую производную в $x = - 1.42366105$ . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.

$12 {(- 1.42366105)}^{2} - 6$

Этап 9

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 9.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 9.1.1

Возведем $- 1.42366105$ в степень $2$ .

$12 \cdot 2.02681078 - 6$

Этап 9.1.2

Умножим $12$ на $2.02681078$ .

$24.32172945 - 6$

Этап 9.2

Вычтем $6$ из $24.32172945$ .

$18.32172945$

Этап 10

$x = - 1.42366105$ — локальный минимум, так как вторая производная положительная. Это называется тестом второй производной.

$x = - 1.42366105$ — локальный минимум

Этап 11

Найдем значение y, если $x = - 1.42366105$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $- 1.42366105$ .

$f (- 1.42366105) = {(- 1.42366105)}^{4} - 3 {(- 1.42366105)}^{2} + 3 (- 1.42366105) + 1$

Этап 11.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.1.1

Возведем $- 1.42366105$ в степень $4$ .

$f (- 1.42366105) = 4.10796197 - 3 {(- 1.42366105)}^{2} + 3 (- 1.42366105) + 1$

Этап 11.2.1.2

Возведем $- 1.42366105$ в степень $2$ .

$f (- 1.42366105) = 4.10796197 - 3 \cdot 2.02681078 + 3 (- 1.42366105) + 1$

Этап 11.2.1.3

Умножим $- 3$ на $2.02681078$ .

$f (- 1.42366105) = 4.10796197 - 6.08043236 + 3 (- 1.42366105) + 1$

Этап 11.2.1.4

Умножим $3$ на $- 1.42366105$ .

$f (- 1.42366105) = 4.10796197 - 6.08043236 - 4.27098315 + 1$

Этап 11.2.2

Упростим путем сложения и вычитания.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.2.1

Вычтем $6.08043236$ из $4.10796197$ .

$f (- 1.42366105) = - 1.97247039 - 4.27098315 + 1$

Этап 11.2.2.2

Вычтем $4.27098315$ из $- 1.97247039$ .

$f (- 1.42366105) = - 6.24345354 + 1$

Этап 11.2.2.3

Добавим $- 6.24345354$ и $1$ .

$f (- 1.42366105) = - 5.24345354$

Этап 11.2.3

Окончательный ответ: $- 5.24345354$ .

$y = - 5.24345354$

Этап 12

Это локальные экстремумы $f (x) = x^{4} - 3 x^{2} + 3 x + 1$ .

$(- 1.42366105, - 5.24345354)$ — локальный минимум

Этап 13