Математический анализ Примеры

Найти локальный максимум и минимум y=2sin(x)-cos(x)^2
Этап 1
Запишем в виде функции.
Этап 2
Найдем первую производную функции.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.2
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.2.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.2.2
Производная по равна .
Этап 2.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.3.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.3.2
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.3.2.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.3.2.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.3.2.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.3.3
Производная по равна .
Этап 2.3.4
Умножим на .
Этап 2.3.5
Умножим на .
Этап 2.4
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.4.1
Изменим порядок членов.
Этап 2.4.2
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.4.2.1
Изменим порядок и .
Этап 2.4.2.2
Изменим порядок и .
Этап 2.4.2.3
Применим формулу двойного угла для синуса.
Этап 3
Найдем вторую производную функции.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 3.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 3.2
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 3.2.1
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 3.2.1.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 3.2.1.2
Производная по равна .
Этап 3.2.1.3
Заменим все вхождения на .
Этап 3.2.2
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.2.3
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 3.2.4
Умножим на .
Этап 3.2.5
Перенесем влево от .
Этап 3.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 3.3.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 3.3.2
Производная по равна .
Этап 3.3.3
Умножим на .
Этап 4
Чтобы найти локальные максимумы и минимумы функции, приравняем производную к и решим полученное уравнение.
Этап 5
Применим формулу двойного угла для синуса.
Этап 6
Вынесем множитель из .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.1
Вынесем множитель из .
Этап 6.2
Вынесем множитель из .
Этап 6.3
Вынесем множитель из .
Этап 7
Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен , все выражение равно .
Этап 8
Приравняем к , затем решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.1
Приравняем к .
Этап 8.2
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.2.1
Возьмем обратный косинус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из косинуса.
Этап 8.2.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.2.2.1
Точное значение : .
Этап 8.2.3
Функция косинуса положительна в первом и четвертом квадрантах. Чтобы найти второе решение, вычтем угол приведения из и найдем решение в четвертом квадранте.
Этап 8.2.4
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.2.4.1
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 8.2.4.2
Объединим дроби.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.2.4.2.1
Объединим и .
Этап 8.2.4.2.2
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 8.2.4.3
Упростим числитель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.2.4.3.1
Умножим на .
Этап 8.2.4.3.2
Вычтем из .
Этап 8.2.5
Решение уравнения .
Этап 9
Приравняем к , затем решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 9.1
Приравняем к .
Этап 9.2
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 9.2.1
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 9.2.2
Возьмем обратный синус обеих частей уравнения, чтобы извлечь из синуса.
Этап 9.2.3
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 9.2.3.1
Точное значение : .
Этап 9.2.4
Функция синуса отрицательна в третьем и четвертом квадрантах. Для нахождения второго решения вычтем решение из , чтобы найти угол приведения. Затем добавим этот угол приведения к и найдем решение в третьем квадранте.
Этап 9.2.5
Упростим выражение, чтобы найти второе решение.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 9.2.5.1
Вычтем из .
Этап 9.2.5.2
Результирующий угол является положительным, меньшим и отличается от на полный оборот.
Этап 9.2.6
Решение уравнения .
Этап 10
Окончательным решением являются все значения, при которых верно.
Этап 11
Найдем вторую производную в . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.
Этап 12
Найдем вторую производную.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.1.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.1.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 12.1.1.2
Перепишем это выражение.
Этап 12.1.2
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как косинус отрицательный во втором квадранте.
Этап 12.1.3
Точное значение : .
Этап 12.1.4
Умножим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 12.1.4.1
Умножим на .
Этап 12.1.4.2
Умножим на .
Этап 12.1.5
Точное значение : .
Этап 12.1.6
Умножим на .
Этап 12.2
Вычтем из .
Этап 13
 — локальный максимум, так как вторая производная отрицательная. Это называется тестом второй производной.
 — локальный максимум
Этап 14
Найдем значение y, если .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 14.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 14.2.1.1
Точное значение : .
Этап 14.2.1.2
Умножим на .
Этап 14.2.1.3
Точное значение : .
Этап 14.2.1.4
Возведение в любую положительную степень дает .
Этап 14.2.1.5
Умножим на .
Этап 14.2.2
Добавим и .
Этап 14.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 15
Найдем вторую производную в . Если вторая производная положительна, то это локальный минимум. Если она отрицательна, то это локальный максимум.
Этап 16
Найдем вторую производную.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 16.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 16.1.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 16.1.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 16.1.1.2
Перепишем это выражение.
Этап 16.1.2
Удалим число полных оборотов , чтобы угол оказался больше или равен и меньше .
Этап 16.1.3
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как косинус отрицательный во втором квадранте.
Этап 16.1.4
Точное значение : .
Этап 16.1.5
Умножим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 16.1.5.1
Умножим на .
Этап 16.1.5.2
Умножим на .
Этап 16.1.6
Применим угол приведения, найдя угол с эквивалентными тригонометрическими значениями в первом квадранте. Добавим минус к выражению, так как синус отрицательный в четвертом квадранте.
Этап 16.1.7
Точное значение : .
Этап 16.1.8
Умножим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 16.1.8.1
Умножим на .
Этап 16.1.8.2
Умножим на .
Этап 16.2
Добавим и .
Этап 17
Поскольку есть по крайней мере одна точка с или неопределенной второй производной, изучим изменение знака первой производной.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.1
Разобьем на отдельные интервалы в окрестности значений , при которых первая производная равна или не определена.
Этап 17.2
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.2.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 17.2.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.2.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.2.2.1.1
Умножим на .
Этап 17.2.2.1.2
Найдем значение .
Этап 17.2.2.1.3
Найдем значение .
Этап 17.2.2.1.4
Умножим на .
Этап 17.2.2.2
Вычтем из .
Этап 17.2.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 17.3
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.3.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 17.3.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.3.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.3.2.1.1
Умножим на .
Этап 17.3.2.1.2
Точное значение : .
Этап 17.3.2.1.3
Точное значение : .
Этап 17.3.2.1.4
Умножим на .
Этап 17.3.2.2
Добавим и .
Этап 17.3.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 17.4
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.4.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 17.4.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.4.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.4.2.1.1
Умножим на .
Этап 17.4.2.1.2
Найдем значение .
Этап 17.4.2.1.3
Найдем значение .
Этап 17.4.2.1.4
Умножим на .
Этап 17.4.2.2
Вычтем из .
Этап 17.4.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 17.5
Подставим любое число такое, что , из интервала в первую производную , чтобы проверить знак результата (отрицательный или положительный).
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.5.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 17.5.2
Упростим результат.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.5.2.1
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 17.5.2.1.1
Умножим на .
Этап 17.5.2.1.2
Найдем значение .
Этап 17.5.2.1.3
Найдем значение .
Этап 17.5.2.1.4
Умножим на .
Этап 17.5.2.2
Добавим и .
Этап 17.5.2.3
Окончательный ответ: .
Этап 17.6
Поскольку первая производная меняет знак с отрицательного на положительный в окрестности ,  — локальный минимум.
 — локальный минимум
Этап 17.7
Поскольку первая производная меняет знак с положительного на отрицательный в окрестности ,  — локальный максимум.
 — локальный максимум
Этап 17.8
Поскольку первая производная меняет знак с отрицательного на положительный в окрестности ,  — локальный минимум.
 — локальный минимум
Этап 17.9
Это локальные экстремумы .
 — локальный минимум
 — локальный максимум
 — локальный минимум
 — локальный минимум
 — локальный максимум
 — локальный минимум
Этап 18