Математический анализ Примеры

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

Этап 1

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 $f (x) = 1 + x^{2}$ и $g (x) = {(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}}$ .

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

Этап 2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Перемножим экспоненты в ${({(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}})}^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1

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

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

Этап 2.1.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.2.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 2.1.2.2

Перепишем это выражение.

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

Этап 2.2

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

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

Этап 2.3

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

$\frac{{(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}} (0 + \frac{d}{d x} [x^{2}]) - (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [{(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}}]}{{(1 - x^{2})}^{3}}$

Этап 2.4

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

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

Этап 2.5

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

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

Этап 2.6

Перенесем $2$ влево от ${(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}}$ .

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

Этап 3

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 $f (x) = x^{\frac{3}{2}}$ и $g (x) = 1 - x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $1 - x^{2}$ .

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

Этап 3.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ имеет вид $n u^{n - 1}$ , где $n = \frac{3}{2}$ .

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

Этап 3.3

Заменим все вхождения $u$ на $1 - x^{2}$ .

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

Этап 4

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

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

Этап 5

Объединим $- 1$ и $\frac{2}{2}$ .

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

Этап 6

Объединим числители над общим знаменателем.

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

Этап 7

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Умножим $- 1$ на $2$ .

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

Этап 7.2

Вычтем $2$ из $3$ .

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

Этап 8

Объединим $\frac{3}{2}$ и ${(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}}$ .

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

Этап 9

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

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

Этап 10

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

$\frac{2 {(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}} x - (1 + x^{2}) (\frac{3 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}}}{2} (0 + \frac{d}{d x} [- x^{2}]))}{{(1 - x^{2})}^{3}}$

Этап 11

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

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

Этап 12

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- x^{2}$ по $x$ равна $- \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

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

Этап 13

Умножим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

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

Этап 13.2

Умножим $1 + x^{2}$ на $1$ .

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

Этап 14

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

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

Этап 15

Упростим члены.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.1

Объединим $2$ и $\frac{3 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}}}{2}$ .

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

Этап 15.2

Умножим $3$ на $2$ .

$\frac{2 {(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}} x + (1 + x^{2}) \frac{6 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}}}{2} x}{{(1 - x^{2})}^{3}}$

Этап 15.3

Объединим $x$ и $\frac{6 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}}}{2}$ .

$\frac{2 {(1 - x^{2})}^{\frac{3}{2}} x + (1 + x^{2}) \frac{x (6 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}})}{2}}{{(1 - x^{2})}^{3}}$

Этап 15.4

Вынесем множитель $2$ из $x (6 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}})$ .

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

Этап 16

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 16.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

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

Этап 16.2

Сократим общий множитель.

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

Этап 16.3

Перепишем это выражение.

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

Этап 16.4

Разделим $x (3 {(1 - x^{2})}^{\frac{1}{2}})$ на $1$ .

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

Этап 17

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.1

Применим свойство дистрибутивности.

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

Этап 17.2

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.1.1

Умножим $x$ на $1$ .

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

Этап 17.2.1.2

Умножим $x^{2}$ на $x$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.1.2.1

Умножим $x^{2}$ на $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.1.2.1.1

Возведем $x$ в степень $1$ .

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

Этап 17.2.1.2.1.2

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

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

Этап 17.2.1.2.2

Добавим $2$ и $1$ .

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

Этап 17.2.2

Применим свойство дистрибутивности.

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

Этап 17.2.3

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 17.2.4

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 17.3

Изменим порядок членов.

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