Математический анализ Примеры

$f (x) = \frac{1}{3} x^{3} - 2 x^{2} - 5 x$

Этап 1

Найдем первую производную функции.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

По правилу суммы производная $\frac{1}{3} x^{3} - 2 x^{2} - 5 x$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$ .

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Поскольку $\frac{1}{3}$ является константой относительно $x$ , производная $\frac{1}{3} x^{3}$ по $x$ равна $\frac{1}{3} \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$\frac{1}{3} \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2.2

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

$\frac{1}{3} (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2.3

Объединим $3$ и $\frac{1}{3}$ .

$\frac{3}{3} x^{2} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2.4

Объединим $\frac{3}{3}$ и $x^{2}$ .

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2.5

Сократим общий множитель $3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.5.1

Сократим общий множитель.

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.2.5.2

Разделим $x^{2}$ на $1$ .

$x^{2} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.3

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

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

$x^{2} - 2 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.3.2

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

$x^{2} - 2 (2 x) + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.3.3

Умножим $2$ на $- 2$ .

$x^{2} - 4 x + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 1.4

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 5 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1

Поскольку $- 5$ является константой относительно $x$ , производная $- 5 x$ по $x$ равна $- 5 \frac{d}{d x} [x]$ .

$x^{2} - 4 x - 5 \frac{d}{d x} [x]$

Этап 1.4.2

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

$x^{2} - 4 x - 5 \cdot 1$

Этап 1.4.3

Умножим $- 5$ на $1$ .

$x^{2} - 4 x - 5$

Этап 2

Найдем вторую производную функции.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1

По правилу суммы производная $x^{2} - 4 x - 5$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 4 x] + \frac{d}{d x} [- 5]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 4 x) + \frac{d}{d x} (- 5)$

Этап 2.1.2

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

$f'' (x) = 2 x + \frac{d}{d x} (- 4 x) + \frac{d}{d x} (- 5)$

Этап 2.2

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

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

$f'' (x) = 2 x - 4 \frac{d}{d x} x + \frac{d}{d x} (- 5)$

Этап 2.2.2

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

$f'' (x) = 2 x - 4 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (- 5)$

Этап 2.2.3

Умножим $- 4$ на $1$ .

$f'' (x) = 2 x - 4 + \frac{d}{d x} (- 5)$

Этап 2.3

Продифференцируем, используя правило константы.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.1

Поскольку $- 5$ является константой относительно $x$ , производная $- 5$ относительно $x$ равна $0$ .

$f'' (x) = 2 x - 4 + 0$

Этап 2.3.2

Добавим $2 x - 4$ и $0$ .

$f'' (x) = 2 x - 4$

Этап 3

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

$x^{2} - 4 x - 5 = 0$

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

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [\frac{1}{3} x^{3}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.2.1

$\frac{1}{3} \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

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 $n = 3$ .

$\frac{1}{3} (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.2.3

Объединим $3$ и $\frac{1}{3}$ .

$\frac{3}{3} x^{2} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.2.4

Объединим $\frac{3}{3}$ и $x^{2}$ .

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.2.5

Сократим общий множитель $3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.2.5.1

Сократим общий множитель.

$\frac{3 x^{2}}{3} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.2.5.2

Разделим $x^{2}$ на $1$ .

$x^{2} + \frac{d}{d x} [- 2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.3

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.3.1

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

$x^{2} - 2 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

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 $n = 2$ .

$x^{2} - 2 (2 x) + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.3.3

Умножим $2$ на $- 2$ .

$x^{2} - 4 x + \frac{d}{d x} [- 5 x]$

Этап 4.1.4

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 5 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.4.1

Поскольку $- 5$ является константой относительно $x$ , производная $- 5 x$ по $x$ равна $- 5 \frac{d}{d x} [x]$ .

$x^{2} - 4 x - 5 \frac{d}{d x} [x]$

Этап 4.1.4.2

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

$x^{2} - 4 x - 5 \cdot 1$

Этап 4.1.4.3

Умножим $- 5$ на $1$ .

$f' (x) = x^{2} - 4 x - 5$

Этап 4.2

Первая производная $f (x)$ по $x$ равна $x^{2} - 4 x - 5$ .

$x^{2} - 4 x - 5$

Этап 5

Приравняем первую производную к $0$ , затем найдем решение уравнения $x^{2} - 4 x - 5 = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Пусть первая производная равна $0$ .

$x^{2} - 4 x - 5 = 0$

Этап 5.2

Разложим $x^{2} - 4 x - 5$ на множители, используя метод группировки.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1

Рассмотрим форму $x^{2} + b x + c$ . Найдем пару целых чисел, произведение которых равно $c$ , а сумма — $b$ . В данном случае произведение чисел равно $- 5$ , а сумма — $- 4$ .

$- 5, 1$

Этап 5.2.2

Запишем разложение на множители, используя данные целые числа.

$(x - 5) (x + 1) = 0$

Этап 5.3

Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен $0$ , все выражение равно $0$ .

$x - 5 = 0$

$x + 1 = 0$

Этап 5.4

Приравняем $x - 5$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.4.1

Приравняем $x - 5$ к $0$ .

$x - 5 = 0$

Этап 5.4.2

Добавим $5$ к обеим частям уравнения.

$x = 5$

Этап 5.5

Приравняем $x + 1$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.5.1

Приравняем $x + 1$ к $0$ .

$x + 1 = 0$

Этап 5.5.2

Вычтем $1$ из обеих частей уравнения.

$x = - 1$

Этап 5.6

Окончательным решением являются все значения, при которых $(x - 5) (x + 1) = 0$ верно.

$x = 5, - 1$

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.

$x = 5, - 1$

Этап 8

Найдем вторую производную в $x = 5$ . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.

$2 (5) - 4$

Этап 9

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 9.1

Умножим $2$ на $5$ .

$10 - 4$

Этап 9.2

Вычтем $4$ из $10$ .

$6$

Этап 10

$x = 5$ — локальный минимум, так как вторая производная положительная. Это называется тестом второй производной.

$x = 5$ — локальный минимум

Этап 11

Найдем значение y, если $x = 5$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $5$ .

$f (5) = \frac{1}{3} \cdot {(5)}^{3} - 2 {(5)}^{2} - 5 \cdot 5$

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 $5$ в степень $3$ .

$f (5) = \frac{1}{3} \cdot 125 - 2 {(5)}^{2} - 5 \cdot 5$

Этап 11.2.1.2

Объединим $\frac{1}{3}$ и $125$ .

$f (5) = \frac{125}{3} - 2 {(5)}^{2} - 5 \cdot 5$

Этап 11.2.1.3

Возведем $5$ в степень $2$ .

$f (5) = \frac{125}{3} - 2 \cdot 25 - 5 \cdot 5$

Этап 11.2.1.4

Умножим $- 2$ на $25$ .

$f (5) = \frac{125}{3} - 50 - 5 \cdot 5$

Этап 11.2.1.5

Умножим $- 5$ на $5$ .

$f (5) = \frac{125}{3} - 50 - 25$

Этап 11.2.2

Найдем общий знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.2.1

Запишем $- 50$ в виде дроби со знаменателем $1$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50}{1} - 25$

Этап 11.2.2.2

Умножим $\frac{- 50}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50}{1} \cdot \frac{3}{3} - 25$

Этап 11.2.2.3

Умножим $\frac{- 50}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50 \cdot 3}{3} - 25$

Этап 11.2.2.4

Запишем $- 25$ в виде дроби со знаменателем $1$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50 \cdot 3}{3} + \frac{- 25}{1}$

Этап 11.2.2.5

Умножим $\frac{- 25}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50 \cdot 3}{3} + \frac{- 25}{1} \cdot \frac{3}{3}$

Этап 11.2.2.6

Умножим $\frac{- 25}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (5) = \frac{125}{3} + \frac{- 50 \cdot 3}{3} + \frac{- 25 \cdot 3}{3}$

Этап 11.2.3

Объединим числители над общим знаменателем.

$f (5) = \frac{125 - 50 \cdot 3 - 25 \cdot 3}{3}$

Этап 11.2.4

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.4.1

Умножим $- 50$ на $3$ .

$f (5) = \frac{125 - 150 - 25 \cdot 3}{3}$

Этап 11.2.4.2

Умножим $- 25$ на $3$ .

$f (5) = \frac{125 - 150 - 75}{3}$

Этап 11.2.5

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.2.5.1

Вычтем $150$ из $125$ .

$f (5) = \frac{- 25 - 75}{3}$

Этап 11.2.5.2

Вычтем $75$ из $- 25$ .

$f (5) = \frac{- 100}{3}$

Этап 11.2.5.3

Вынесем знак минуса перед дробью.

$f (5) = - \frac{100}{3}$

Этап 11.2.6

Окончательный ответ: $- \frac{100}{3}$ .

$y = - \frac{100}{3}$

Этап 12

Найдем вторую производную в $x = - 1$ . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.

$2 (- 1) - 4$

Этап 13

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.1

Умножим $2$ на $- 1$ .

$- 2 - 4$

Этап 13.2

Вычтем $4$ из $- 2$ .

$- 6$

Этап 14

$x = - 1$ — локальный максимум, так как вторая производная отрицательная. Это называется тестом второй производной.

$x = - 1$ — локальный максимум

Этап 15

Найдем значение y, если $x = - 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $- 1$ .

$f (- 1) = \frac{1}{3} \cdot {(- 1)}^{3} - 2 {(- 1)}^{2} - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.1.1

Возведем $- 1$ в степень $3$ .

$f (- 1) = \frac{1}{3} \cdot - 1 - 2 {(- 1)}^{2} - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2.1.2

Объединим $\frac{1}{3}$ и $- 1$ .

$f (- 1) = \frac{- 1}{3} - 2 {(- 1)}^{2} - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2.1.3

Вынесем знак минуса перед дробью.

$f (- 1) = - \frac{1}{3} - 2 {(- 1)}^{2} - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2.1.4

Возведем $- 1$ в степень $2$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} - 2 \cdot 1 - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2.1.5

Умножим $- 2$ на $1$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} - 2 - 5 \cdot - 1$

Этап 15.2.1.6

Умножим $- 5$ на $- 1$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} - 2 + 5$

Этап 15.2.2

Найдем общий знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.2.1

Запишем $- 2$ в виде дроби со знаменателем $1$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2}{1} + 5$

Этап 15.2.2.2

Умножим $\frac{- 2}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2}{1} \cdot \frac{3}{3} + 5$

Этап 15.2.2.3

Умножим $\frac{- 2}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2 \cdot 3}{3} + 5$

Этап 15.2.2.4

Запишем $5$ в виде дроби со знаменателем $1$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2 \cdot 3}{3} + \frac{5}{1}$

Этап 15.2.2.5

Умножим $\frac{5}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2 \cdot 3}{3} + \frac{5}{1} \cdot \frac{3}{3}$

Этап 15.2.2.6

Умножим $\frac{5}{1}$ на $\frac{3}{3}$ .

$f (- 1) = - \frac{1}{3} + \frac{- 2 \cdot 3}{3} + \frac{5 \cdot 3}{3}$

Этап 15.2.3

Объединим числители над общим знаменателем.

$f (- 1) = \frac{- 1 - 2 \cdot 3 + 5 \cdot 3}{3}$

Этап 15.2.4

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.4.1

Умножим $- 2$ на $3$ .

$f (- 1) = \frac{- 1 - 6 + 5 \cdot 3}{3}$

Этап 15.2.4.2

Умножим $5$ на $3$ .

$f (- 1) = \frac{- 1 - 6 + 15}{3}$

Этап 15.2.5

Упростим путем сложения и вычитания.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.5.1

Вычтем $6$ из $- 1$ .

$f (- 1) = \frac{- 7 + 15}{3}$

Этап 15.2.5.2

Добавим $- 7$ и $15$ .

$f (- 1) = \frac{8}{3}$

Этап 15.2.6

Окончательный ответ: $\frac{8}{3}$ .

$y = \frac{8}{3}$

Этап 16

Это локальные экстремумы $f (x) = \frac{1}{3} x^{3} - 2 x^{2} - 5 x$ .

$(5, - \frac{100}{3})$ — локальный минимум

$(- 1, \frac{8}{3})$ — локальный максимум

Этап 17