Математический анализ Примеры

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

Этап 1

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 $g (x) = \frac{x - 4}{x + 2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u$ как $\frac{x - 4}{x + 2}$ .

$\frac{d}{d u} [u^{3}] \frac{d}{d x} [\frac{x - 4}{x + 2}]$

Этап 1.2

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

$3 u^{2} \frac{d}{d x} [\frac{x - 4}{x + 2}]$

Этап 1.3

Заменим все вхождения $u$ на $\frac{x - 4}{x + 2}$ .

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

Этап 2

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 $f (x) = x - 4$ и $g (x) = x + 2$ .

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

Этап 3

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

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

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

Этап 3.2

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

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

Этап 3.3

Поскольку $- 4$ является константой относительно $x$ , производная $- 4$ относительно $x$ равна $0$ .

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

Этап 3.4

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.4.1

Добавим $1$ и $0$ .

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

Этап 3.4.2

Умножим $x + 2$ на $1$ .

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

Этап 3.5

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

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

Этап 3.6

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

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

Этап 3.7

Поскольку $2$ является константой относительно $x$ , производная $2$ относительно $x$ равна $0$ .

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

Этап 3.8

Объединим дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.8.1

Добавим $1$ и $0$ .

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

Этап 3.8.2

Умножим $- 1$ на $1$ .

$3 {(\frac{x - 4}{x + 2})}^{2} \frac{x + 2 - (x - 4)}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 3.8.3

Объединим $\frac{x + 2 - (x - 4)}{{(x + 2)}^{2}}$ и $3$ .

$\frac{(x + 2 - (x - 4)) \cdot 3}{{(x + 2)}^{2}} {(\frac{x - 4}{x + 2})}^{2}$

Этап 3.8.4

Перенесем $3$ влево от $x + 2 - (x - 4)$ .

$\frac{3 \cdot (x + 2 - (x - 4))}{{(x + 2)}^{2}} {(\frac{x - 4}{x + 2})}^{2}$

Этап 4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Применим правило умножения к $\frac{x - 4}{x + 2}$ .

$\frac{3 (x + 2 - (x - 4))}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{3 (x + 2 - x - - 4)}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.3

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{3 x + 3 \cdot 2 + 3 (- x) + 3 (- - 4)}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4

Объединим термины.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.4.1

Умножим $3$ на $2$ .

$\frac{3 x + 6 + 3 (- x) + 3 (- - 4)}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.2

Умножим $- 1$ на $3$ .

$\frac{3 x + 6 - 3 x + 3 (- - 4)}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.3

Умножим $- 1$ на $- 4$ .

$\frac{3 x + 6 - 3 x + 3 \cdot 4}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.4

Умножим $3$ на $4$ .

$\frac{3 x + 6 - 3 x + 12}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.5

Вычтем $3 x$ из $3 x$ .

$\frac{0 + 6 + 12}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.6

Добавим $0$ и $6$ .

$\frac{6 + 12}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.7

Добавим $6$ и $12$ .

$\frac{18}{{(x + 2)}^{2}} \cdot \frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.8

Умножим $\frac{18}{{(x + 2)}^{2}}$ на $\frac{{(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2}}$ .

$\frac{18 {(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2} {(x + 2)}^{2}}$

Этап 4.4.9

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.4.9.1

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

$\frac{18 {(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{2 + 2}}$

Этап 4.4.9.2

Добавим $2$ и $2$ .

$\frac{18 {(x - 4)}^{2}}{{(x + 2)}^{4}}$