Математический анализ Примеры

$f (x) = \frac{{(3 x - 5)}^{3}}{{(2 x^{2} + 1)}^{4}}$

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 $f (x) = {(3 x - 5)}^{3}$ и $g (x) = {(2 x^{2} + 1)}^{4}$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} \frac{d}{d x} [{(3 x - 5)}^{3}] - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{({(2 x^{2} + 1)}^{4})}^{2}}$

Этап 2

Перемножим экспоненты в ${({(2 x^{2} + 1)}^{4})}^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

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

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} \frac{d}{d x} [{(3 x - 5)}^{3}] - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{4 \cdot 2}}$

Этап 2.2

Умножим $4$ на $2$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} \frac{d}{d x} [{(3 x - 5)}^{3}] - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

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 $f (x) = x^{3}$ и $g (x) = 3 x - 5$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u_{1}$ как $3 x - 5$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} (\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{3}] \frac{d}{d x} [3 x - 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 3.2

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

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} (3 {u_{1}}^{2} \frac{d}{d x} [3 x - 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 3.3

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $3 x - 5$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{4} (3 {(3 x - 5)}^{2} \frac{d}{d x} [3 x - 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Перенесем $3$ влево от ${(2 x^{2} + 1)}^{4}$ .

$\frac{3 \cdot {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} \frac{d}{d x} [3 x - 5] - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.2

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

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} (\frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [- 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.3

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

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} (3 \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.4

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

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} (3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} [- 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.5

Умножим $3$ на $1$ .

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} (3 + \frac{d}{d x} [- 5]) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.6

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

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} (3 + 0) - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.7

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.7.1

Добавим $3$ и $0$ .

$\frac{3 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} \cdot 3 - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 4.7.2

Умножим $3$ на $3$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - {(3 x - 5)}^{3} \frac{d}{d x} [{(2 x^{2} + 1)}^{4}]}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 5

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - {(3 x - 5)}^{3} (\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{4}] \frac{d}{d x} [2 x^{2} + 1])}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 5.2

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{2}}^{n - 1}$ , где $n = 4$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - {(3 x - 5)}^{3} (4 {u_{2}}^{3} \frac{d}{d x} [2 x^{2} + 1])}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 5.3

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - {(3 x - 5)}^{3} (4 {(2 x^{2} + 1)}^{3} \frac{d}{d x} [2 x^{2} + 1])}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Умножим $4$ на $- 1$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} \frac{d}{d x} [2 x^{2} + 1])}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.2

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (\frac{d}{d x} [2 x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.3

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (2 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.4

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (2 (2 x) + \frac{d}{d x} [1]))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.5

Умножим $2$ на $2$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (4 x + \frac{d}{d x} [1]))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.6

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

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (4 x + 0))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.7

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.7.1

Добавим $4 x$ и $0$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} (4 x))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.7.2

Перенесем $4$ влево от ${(2 x^{2} + 1)}^{3}$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 4 {(3 x - 5)}^{3} (4 \cdot {(2 x^{2} + 1)}^{3} x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 6.7.3

Умножим $4$ на $- 4$ .

$\frac{9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 16 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1.1

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2}$ из $9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2} - 16 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} x)$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1.1.1

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2}$ из $9 {(2 x^{2} + 1)}^{4} {(3 x - 5)}^{2}$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (9 (2 x^{2} + 1)) - 16 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.1.2

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2}$ из $- 16 {(3 x - 5)}^{3} ({(2 x^{2} + 1)}^{3} x)$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (9 (2 x^{2} + 1)) + {(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (- 16 (3 x - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.1.3

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2}$ из ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (9 (2 x^{2} + 1)) + {(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (- 16 (3 x - 5) x)$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (9 (2 x^{2} + 1) - 16 (3 x - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (9 (2 x^{2}) + 9 \cdot 1 - 16 (3 x - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.3

Умножим $2$ на $9$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 \cdot 1 - 16 (3 x - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.4

Умножим $9$ на $1$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 - 16 (3 x - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.5

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 + (- 16 (3 x) - 16 \cdot - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.6

Умножим $3$ на $- 16$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 + (- 48 x - 16 \cdot - 5) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.7

Умножим $- 16$ на $- 5$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 + (- 48 x + 80) x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.8

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 - 48 x \cdot x + 80 x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.9

Умножим $x$ на $x$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1.9.1

Перенесем $x$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 - 48 (x \cdot x) + 80 x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.9.2

Умножим $x$ на $x$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (18 x^{2} + 9 - 48 x^{2} + 80 x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.10

Вычтем $48 x^{2}$ из $18 x^{2}$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 9 + 80 x)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.1.11

Изменим порядок членов.

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.2

Сократим общий множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3}$ и ${(2 x^{2} + 1)}^{8}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3}$ из ${(2 x^{2} + 1)}^{3} {(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9)$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} ({(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{8}}$

Этап 7.2.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.2.1

Вынесем множитель ${(2 x^{2} + 1)}^{3}$ из ${(2 x^{2} + 1)}^{8}$ .

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} ({(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.2.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{{(2 x^{2} + 1)}^{3} ({(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{3} {(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.2.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- 30 x^{2} + 80 x + 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.3

Вынесем множитель $- 1$ из $- 30 x^{2}$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- (30 x^{2}) + 80 x + 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.4

Вынесем множитель $- 1$ из $80 x$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- (30 x^{2}) - (- 80 x) + 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.5

Вынесем множитель $- 1$ из $- (30 x^{2}) - (- 80 x)$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- (30 x^{2} - 80 x) + 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.6

Перепишем $9$ в виде $- 1 (- 9)$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- (30 x^{2} - 80 x) - 1 (- 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.7

Вынесем множитель $- 1$ из $- (30 x^{2} - 80 x) - 1 (- 9)$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- (30 x^{2} - 80 x - 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.8

Перепишем $- (30 x^{2} - 80 x - 9)$ в виде $- 1 (30 x^{2} - 80 x - 9)$ .

$\frac{{(3 x - 5)}^{2} (- 1 (30 x^{2} - 80 x - 9))}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$

Этап 7.9

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{{(3 x - 5)}^{2} (30 x^{2} - 80 x - 9)}{{(2 x^{2} + 1)}^{5}}$