Математический анализ Примеры

$y = {(x^{2} + 1)}^{\ln (x)}$

Этап 1

Используем свойства логарифмов, чтобы упростить дифференцирование.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Перепишем ${(x^{2} + 1)}^{\ln (x)}$ в виде $e^{\ln ({(x^{2} + 1)}^{\ln (x)})}$ .

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

Этап 1.2

Развернем $\ln ({(x^{2} + 1)}^{\ln (x)})$ , вынося $\ln (x)$ из логарифма.

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

Этап 2

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 $f (x) = e^{x}$ и $g (x) = \ln (x) \ln (x^{2} + 1)$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u_{1}$ как $\ln (x) \ln (x^{2} + 1)$ .

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

Этап 2.2

Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ имеет вид $a^{u_{1}} \ln (a)$ , где $a$ = $e$ .

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

Этап 2.3

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

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

Этап 3

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

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

Этап 4

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

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

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

Этап 4.2

Производная $\ln (u_{2})$ по $u_{2}$ равна $\frac{1}{u_{2}}$ .

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

Этап 4.3

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

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

Этап 5

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

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

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

Этап 5.2

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

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

Этап 5.3

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

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

Этап 5.4

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

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

Этап 5.5

Объединим дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.5.1

Добавим $2 x$ и $0$ .

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

Этап 5.5.2

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

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

Этап 5.5.3

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

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

Этап 6

Производная $\ln (x)$ по $x$ равна $\frac{1}{x}$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x}{x^{2} + 1} + \ln (x^{2} + 1) \frac{1}{x})$

Этап 7

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

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x}{x^{2} + 1} + \frac{\ln (x^{2} + 1)}{x})$

Этап 8

Чтобы записать $\frac{2 \ln (x) x}{x^{2} + 1}$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{x}{x}$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x}{x^{2} + 1} \cdot \frac{x}{x} + \frac{\ln (x^{2} + 1)}{x})$

Этап 9

Чтобы записать $\frac{\ln (x^{2} + 1)}{x}$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{x^{2} + 1}{x^{2} + 1}$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x}{x^{2} + 1} \cdot \frac{x}{x} + \frac{\ln (x^{2} + 1)}{x} \cdot \frac{x^{2} + 1}{x^{2} + 1})$

Этап 10

Запишем каждое выражение с общим знаменателем $(x^{2} + 1) x$ , умножив на подходящий множитель $1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

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

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x \cdot x}{(x^{2} + 1) x} + \frac{\ln (x^{2} + 1)}{x} \cdot \frac{x^{2} + 1}{x^{2} + 1})$

Этап 10.2

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

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x \cdot x}{(x^{2} + 1) x} + \frac{\ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)})$

Этап 10.3

Изменим порядок множителей в $(x^{2} + 1) x$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \ln (x) x \cdot x}{x (x^{2} + 1)} + \frac{\ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)})$

Этап 11

Объединим числители над общим знаменателем.

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \frac{2 \ln (x) x \cdot x + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 12

Возведем $x$ в степень $1$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \frac{2 \ln (x) (x^{1} x) + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 13

Возведем $x$ в степень $1$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \frac{2 \ln (x) (x^{1} x^{1}) + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 14

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

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \frac{2 \ln (x) x^{1 + 1} + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 15

Добавим $1$ и $1$ .

$e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \frac{2 \ln (x) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1)}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 16

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

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (2 \ln (x) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1))}{x (x^{2} + 1)}$

Этап 17

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.1

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (2 \ln (x) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1))}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

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

Упростим $2 \ln (x)$ путем переноса $2$ под логарифм.

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2}) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) (x^{2} + 1))}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.2.1.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2}) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) \cdot 1)}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.2.1.3

Умножим $\ln (x^{2} + 1)$ на $1$ .

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2}) x^{2} + \ln (x^{2} + 1) x^{2} + \ln (x^{2} + 1))}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.2.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2}) x^{2}) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) x^{2}) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1)}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.2.3

Изменим порядок множителей в $e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2}) x^{2}) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) x^{2}) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1)$ .

$\frac{x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2}) + x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1)}{x \cdot x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.3

Объединим термины.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.3.1

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.3.1.1

Умножим $x$ на $x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.3.1.1.1

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\frac{x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2}) + x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1)}{x^{1} x^{2} + x \cdot 1}$

Этап 17.3.1.1.2

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

$\frac{x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2}) + x^{2} e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1) + e^{\ln (x) \ln (x^{2} + 1)} \ln (x^{2} + 1)}{x^{1 + 2} + x \cdot 1}$

Этап 17.3.1.2

Добавим $1$ и $2$ .

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

Этап 17.3.2

Умножим $x$ на $1$ .

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

Этап 17.4

Изменим порядок членов.

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