Введите задачу...
Математический анализ Примеры
Этап 1
Запишем в виде функции.
Этап 2
Этап 2.1
Найдем вторую производную.
Этап 2.1.1
Найдем первую производную.
Этап 2.1.1.1
С помощью запишем в виде .
Этап 2.1.1.2
Продифференцируем, используя правило умножения, которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.1.1.3
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.1.1.3.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.1.1.3.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.1.3.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.1.1.4
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 2.1.1.5
Объединим и .
Этап 2.1.1.6
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.1.1.7
Упростим числитель.
Этап 2.1.1.7.1
Умножим на .
Этап 2.1.1.7.2
Вычтем из .
Этап 2.1.1.8
Объединим дроби.
Этап 2.1.1.8.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.1.1.8.2
Объединим и .
Этап 2.1.1.8.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 2.1.1.8.4
Объединим и .
Этап 2.1.1.9
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.1.1.10
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 2.1.1.11
Добавим и .
Этап 2.1.1.12
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.1.1.13
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.1.14
Объединим дроби.
Этап 2.1.1.14.1
Умножим на .
Этап 2.1.1.14.2
Объединим и .
Этап 2.1.1.14.3
Упростим выражение.
Этап 2.1.1.14.3.1
Перенесем влево от .
Этап 2.1.1.14.3.2
Перепишем в виде .
Этап 2.1.1.14.3.3
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.1.1.15
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.1.16
Умножим на .
Этап 2.1.1.17
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 2.1.1.18
Объединим и .
Этап 2.1.1.19
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.1.1.20
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 2.1.1.20.1
Перенесем .
Этап 2.1.1.20.2
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.1.1.20.3
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.1.1.20.4
Добавим и .
Этап 2.1.1.20.5
Разделим на .
Этап 2.1.1.21
Упростим .
Этап 2.1.1.22
Перенесем влево от .
Этап 2.1.1.23
Упростим.
Этап 2.1.1.23.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.1.1.23.2
Упростим числитель.
Этап 2.1.1.23.2.1
Упростим каждый член.
Этап 2.1.1.23.2.1.1
Умножим на .
Этап 2.1.1.23.2.1.2
Умножим на .
Этап 2.1.1.23.2.2
Вычтем из .
Этап 2.1.1.23.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.3.2
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.3.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.4
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.5
Перепишем в виде .
Этап 2.1.1.23.6
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.1.23.7
Перепишем в виде .
Этап 2.1.1.23.8
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.1.2
Найдем вторую производную.
Этап 2.1.2.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.1.2.2
Продифференцируем, используя правило частного, которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.1.2.3
Перемножим экспоненты в .
Этап 2.1.2.3.1
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 2.1.2.3.2
Сократим общий множитель .
Этап 2.1.2.3.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 2.1.2.3.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 2.1.2.4
Упростим.
Этап 2.1.2.5
Продифференцируем.
Этап 2.1.2.5.1
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.1.2.5.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.2.5.3
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 2.1.2.5.4
Упростим выражение.
Этап 2.1.2.5.4.1
Добавим и .
Этап 2.1.2.5.4.2
Умножим на .
Этап 2.1.2.6
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Этап 2.1.2.6.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.1.2.6.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.2.6.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.1.2.7
Чтобы записать в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на .
Этап 2.1.2.8
Объединим и .
Этап 2.1.2.9
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.1.2.10
Упростим числитель.
Этап 2.1.2.10.1
Умножим на .
Этап 2.1.2.10.2
Вычтем из .
Этап 2.1.2.11
Объединим дроби.
Этап 2.1.2.11.1
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.1.2.11.2
Объединим и .
Этап 2.1.2.11.3
Перенесем в знаменатель, используя правило отрицательных степеней .
Этап 2.1.2.12
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.1.2.13
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 2.1.2.14
Добавим и .
Этап 2.1.2.15
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.1.2.16
Умножим.
Этап 2.1.2.16.1
Умножим на .
Этап 2.1.2.16.2
Умножим на .
Этап 2.1.2.17
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.1.2.18
Объединим дроби.
Этап 2.1.2.18.1
Умножим на .
Этап 2.1.2.18.2
Умножим на .
Этап 2.1.2.18.3
Упорядочим.
Этап 2.1.2.18.3.1
Перенесем влево от .
Этап 2.1.2.18.3.2
Перенесем влево от .
Этап 2.1.2.19
Упростим.
Этап 2.1.2.19.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.1.2.19.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.1.2.19.3
Упростим числитель.
Этап 2.1.2.19.3.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.3.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.3.1.2
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.3.1.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.3.2
Пусть . Подставим вместо для всех.
Этап 2.1.2.19.3.2.1
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 2.1.2.19.3.2.2
Умножим на , сложив экспоненты.
Этап 2.1.2.19.3.2.2.1
Перенесем .
Этап 2.1.2.19.3.2.2.2
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.3.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.1.2.19.3.4
Упростим.
Этап 2.1.2.19.3.4.1
Упростим каждый член.
Этап 2.1.2.19.3.4.1.1
Перемножим экспоненты в .
Этап 2.1.2.19.3.4.1.1.1
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 2.1.2.19.3.4.1.1.2
Сократим общий множитель .
Этап 2.1.2.19.3.4.1.1.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 2.1.2.19.3.4.1.1.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 2.1.2.19.3.4.1.2
Упростим.
Этап 2.1.2.19.3.4.1.3
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 2.1.2.19.3.4.1.4
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.3.4.1.5
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.3.4.2
Вычтем из .
Этап 2.1.2.19.3.4.3
Добавим и .
Этап 2.1.2.19.4
Объединим термины.
Этап 2.1.2.19.4.1
Объединим и .
Этап 2.1.2.19.4.2
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.4.3
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.4.4
Перепишем в виде произведения.
Этап 2.1.2.19.4.5
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.5
Упростим знаменатель.
Этап 2.1.2.19.5.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.5.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.5.1.2
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.5.1.3
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.5.2
Объединим показатели степеней.
Этап 2.1.2.19.5.2.1
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.5.2.2
Возведем в степень .
Этап 2.1.2.19.5.2.3
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 2.1.2.19.5.2.4
Запишем в виде дроби с общим знаменателем.
Этап 2.1.2.19.5.2.5
Объединим числители над общим знаменателем.
Этап 2.1.2.19.5.2.6
Добавим и .
Этап 2.1.2.19.6
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.7
Перепишем в виде .
Этап 2.1.2.19.8
Вынесем множитель из .
Этап 2.1.2.19.9
Перепишем в виде .
Этап 2.1.2.19.10
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 2.1.2.19.11
Умножим на .
Этап 2.1.2.19.12
Умножим на .
Этап 2.1.3
Вторая производная по равна .
Этап 2.2
Приравняем вторую производную к , затем найдем решение уравнения .
Этап 2.2.1
Пусть вторая производная равна .
Этап 2.2.2
Приравняем числитель к нулю.
Этап 2.2.3
Решим уравнение относительно .
Этап 2.2.3.1
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 2.2.3.1.1
Разделим каждый член на .
Этап 2.2.3.1.2
Упростим левую часть.
Этап 2.2.3.1.2.1
Сократим общий множитель .
Этап 2.2.3.1.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 2.2.3.1.2.1.2
Разделим на .
Этап 2.2.3.1.3
Упростим правую часть.
Этап 2.2.3.1.3.1
Разделим на .
Этап 2.2.3.2
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 2.2.4
Исключим решения, которые не делают истинным.
Этап 3
Этап 3.1
Зададим подкоренное выражение в большим или равным , чтобы узнать, где определено данное выражение.
Этап 3.2
Решим относительно .
Этап 3.2.1
Вычтем из обеих частей неравенства.
Этап 3.2.2
Разделим каждый член на и упростим.
Этап 3.2.2.1
Разделим каждый член на . При умножении или делении обеих частей неравенства на отрицательное значение заменим знак неравенства на противоположный.
Этап 3.2.2.2
Упростим левую часть.
Этап 3.2.2.2.1
Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.
Этап 3.2.2.2.2
Разделим на .
Этап 3.2.2.3
Упростим правую часть.
Этап 3.2.2.3.1
Разделим на .
Этап 3.3
Область определения ― это все значения , при которых выражение определено.
Интервальное представление:
Обозначение построения множества:
Интервальное представление:
Обозначение построения множества:
Этап 4
Создадим интервалы вокруг значений , в которых вторая производная равна нулю или не определена.
Этап 5
Этап 5.1
Заменим в этом выражении переменную на .
Этап 5.2
Упростим результат.
Этап 5.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 5.2.2
Сократим общие множители.
Этап 5.2.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 5.2.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 5.2.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 5.2.3
Вычтем из .
Этап 5.2.4
Упростим знаменатель.
Этап 5.2.4.1
Вычтем из .
Этап 5.2.4.2
Перепишем в виде .
Этап 5.2.4.3
Применим правило степени и перемножим показатели, .
Этап 5.2.4.4
Сократим общий множитель .
Этап 5.2.4.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 5.2.4.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 5.2.4.5
Возведем в степень .
Этап 5.2.5
Сократим выражение, путем отбрасывания общих множителей.
Этап 5.2.5.1
Умножим на .
Этап 5.2.5.2
Сократим общий множитель и .
Этап 5.2.5.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 5.2.5.2.2
Сократим общие множители.
Этап 5.2.5.2.2.1
Вынесем множитель из .
Этап 5.2.5.2.2.2
Сократим общий множитель.
Этап 5.2.5.2.2.3
Перепишем это выражение.
Этап 5.2.5.3
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 5.2.6
Окончательный ответ: .
Этап 5.3
График вогнут вниз на интервале , поскольку имеет отрицательное значение.
Вогнутость вниз на интервале , поскольку меньше нуля
Вогнутость вниз на интервале , поскольку меньше нуля
Этап 6