Математический анализ Примеры

$f (x) = x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$

Этап 1

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Найдем первую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1.1

По правилу суммы производная $x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [6 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 24 x^{2}] + \frac{d}{d x} [26]$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x^{4}) + \frac{d}{d x} (6 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 24 x^{2}) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.1.2

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

$f' (x) = 4 x^{3} + \frac{d}{d x} (6 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 24 x^{2}) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [6 x^{3}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.2.1

Поскольку $6$ является константой относительно $x$ , производная $6 x^{3}$ по $x$ равна $6 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 6 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 24 x^{2}) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.2.2

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

$f' (x) = 4 x^{3} + 6 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 24 x^{2}) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.2.3

Умножим $3$ на $6$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} + \frac{d}{d x} (- 24 x^{2}) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 24 x^{2}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.3.1

Поскольку $- 24$ является константой относительно $x$ , производная $- 24 x^{2}$ по $x$ равна $- 24 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} - 24 \frac{d}{d x} x^{2} + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.3.2

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

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} - 24 (2 x) + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.3.3

Умножим $2$ на $- 24$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} - 48 x + \frac{d}{d x} (26)$

Этап 1.1.4

Продифференцируем, используя правило константы.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.4.1

Поскольку $26$ является константой относительно $x$ , производная $26$ относительно $x$ равна $0$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} - 48 x + 0$

Этап 1.1.4.2

Добавим $4 x^{3} + 18 x^{2} - 48 x$ и $0$ .

$f' (x) = 4 x^{3} + 18 x^{2} - 48 x$

Этап 1.2

Найдем вторую производную.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

По правилу суммы производная $4 x^{3} + 18 x^{2} - 48 x$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [18 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 48 x]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (18 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.2

Найдем значение $\frac{d}{d x} [4 x^{3}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.2.1

Поскольку $4$ является константой относительно $x$ , производная $4 x^{3}$ по $x$ равна $4 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f'' (x) = 4 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (18 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.2.2

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

$f'' (x) = 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (18 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.2.3

Умножим $3$ на $4$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + \frac{d}{d x} (18 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [18 x^{2}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1

Поскольку $18$ является константой относительно $x$ , производная $18 x^{2}$ по $x$ равна $18 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + 18 \frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.3.2

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

$f'' (x) = 12 x^{2} + 18 (2 x) + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.3.3

Умножим $2$ на $18$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + 36 x + \frac{d}{d x} (- 48 x)$

Этап 1.2.4

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- 48 x]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.4.1

Поскольку $- 48$ является константой относительно $x$ , производная $- 48 x$ по $x$ равна $- 48 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + 36 x - 48 \frac{d}{d x} x$

Этап 1.2.4.2

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

$f'' (x) = 12 x^{2} + 36 x - 48 \cdot 1$

Этап 1.2.4.3

Умножим $- 48$ на $1$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + 36 x - 48$

Этап 1.3

Вторая производная $f (x)$ по $x$ равна $12 x^{2} + 36 x - 48$ .

$12 x^{2} + 36 x - 48$

Этап 2

Приравняем вторую производную к $0$ , затем найдем решение уравнения $12 x^{2} + 36 x - 48 = 0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Пусть вторая производная равна $0$ .

$12 x^{2} + 36 x - 48 = 0$

Этап 2.2

Разложим левую часть уравнения на множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

Вынесем множитель $12$ из $12 x^{2} + 36 x - 48$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1.1

Вынесем множитель $12$ из $12 x^{2}$ .

$12 (x^{2}) + 36 x - 48 = 0$

Этап 2.2.1.2

Вынесем множитель $12$ из $36 x$ .

$12 (x^{2}) + 12 (3 x) - 48 = 0$

Этап 2.2.1.3

Вынесем множитель $12$ из $- 48$ .

$12 x^{2} + 12 (3 x) + 12 \cdot - 4 = 0$

Этап 2.2.1.4

Вынесем множитель $12$ из $12 x^{2} + 12 (3 x)$ .

$12 (x^{2} + 3 x) + 12 \cdot - 4 = 0$

Этап 2.2.1.5

Вынесем множитель $12$ из $12 (x^{2} + 3 x) + 12 \cdot - 4$ .

$12 (x^{2} + 3 x - 4) = 0$

Этап 2.2.2

Разложим на множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.2.1

Разложим $x^{2} + 3 x - 4$ на множители, используя метод группировки.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.2.1.1

Рассмотрим форму $x^{2} + b x + c$ . Найдем пару целых чисел, произведение которых равно $c$ , а сумма — $b$ . В данном случае произведение чисел равно $- 4$ , а сумма — $3$ .

$- 1, 4$

Этап 2.2.2.1.2

Запишем разложение на множители, используя данные целые числа.

$12 ((x - 1) (x + 4)) = 0$

Этап 2.2.2.2

Избавимся от ненужных скобок.

$12 (x - 1) (x + 4) = 0$

Этап 2.3

Если любой отдельный множитель в левой части уравнения равен $0$ , все выражение равно $0$ .

$x - 1 = 0$

$x + 4 = 0$

Этап 2.4

Приравняем $x - 1$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.4.1

Приравняем $x - 1$ к $0$ .

$x - 1 = 0$

Этап 2.4.2

Добавим $1$ к обеим частям уравнения.

$x = 1$

Этап 2.5

Приравняем $x + 4$ к $0$ , затем решим относительно $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.5.1

Приравняем $x + 4$ к $0$ .

$x + 4 = 0$

Этап 2.5.2

Вычтем $4$ из обеих частей уравнения.

$x = - 4$

Этап 2.6

Окончательным решением являются все значения, при которых $12 (x - 1) (x + 4) = 0$ верно.

$x = 1, - 4$

Этап 3

Найдем точки, в которых вторая производная равна $0$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Подставим $1$ в $f (x) = x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$ , чтобы найти значение $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $1$ .

$f (1) = {(1)}^{4} + 6 {(1)}^{3} - 24 {(1)}^{2} + 26$

Этап 3.1.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.2.1.1

Единица в любой степени равна единице.

$f (1) = 1 + 6 {(1)}^{3} - 24 {(1)}^{2} + 26$

Этап 3.1.2.1.2

Единица в любой степени равна единице.

$f (1) = 1 + 6 \cdot 1 - 24 {(1)}^{2} + 26$

Этап 3.1.2.1.3

Умножим $6$ на $1$ .

$f (1) = 1 + 6 - 24 {(1)}^{2} + 26$

Этап 3.1.2.1.4

Единица в любой степени равна единице.

$f (1) = 1 + 6 - 24 \cdot 1 + 26$

Этап 3.1.2.1.5

Умножим $- 24$ на $1$ .

$f (1) = 1 + 6 - 24 + 26$

Этап 3.1.2.2

Упростим путем сложения и вычитания.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.2.2.1

Добавим $1$ и $6$ .

$f (1) = 7 - 24 + 26$

Этап 3.1.2.2.2

Вычтем $24$ из $7$ .

$f (1) = - 17 + 26$

Этап 3.1.2.2.3

Добавим $- 17$ и $26$ .

$f (1) = 9$

Этап 3.1.2.3

Окончательный ответ: $9$ .

$9$

Этап 3.2

Подставляя $1$ в $f (x) = x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$ , найдем точку $(1, 9)$ . Эта точка может быть точкой перегиба.

$(1, 9)$

Этап 3.3

Подставим $- 4$ в $f (x) = x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$ , чтобы найти значение $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $- 4$ .

$f (- 4) = {(- 4)}^{4} + 6 {(- 4)}^{3} - 24 {(- 4)}^{2} + 26$

Этап 3.3.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.2.1.1

Возведем $- 4$ в степень $4$ .

$f (- 4) = 256 + 6 {(- 4)}^{3} - 24 {(- 4)}^{2} + 26$

Этап 3.3.2.1.2

Возведем $- 4$ в степень $3$ .

$f (- 4) = 256 + 6 \cdot - 64 - 24 {(- 4)}^{2} + 26$

Этап 3.3.2.1.3

Умножим $6$ на $- 64$ .

$f (- 4) = 256 - 384 - 24 {(- 4)}^{2} + 26$

Этап 3.3.2.1.4

Возведем $- 4$ в степень $2$ .

$f (- 4) = 256 - 384 - 24 \cdot 16 + 26$

Этап 3.3.2.1.5

Умножим $- 24$ на $16$ .

$f (- 4) = 256 - 384 - 384 + 26$

Этап 3.3.2.2

Упростим путем сложения и вычитания.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.2.2.1

Вычтем $384$ из $256$ .

$f (- 4) = - 128 - 384 + 26$

Этап 3.3.2.2.2

Вычтем $384$ из $- 128$ .

$f (- 4) = - 512 + 26$

Этап 3.3.2.2.3

Добавим $- 512$ и $26$ .

$f (- 4) = - 486$

Этап 3.3.2.3

Окончательный ответ: $- 486$ .

$- 486$

Этап 3.4

Подставляя $- 4$ в $f (x) = x^{4} + 6 x^{3} - 24 x^{2} + 26$ , найдем точку $(- 4, - 486)$ . Эта точка может быть точкой перегиба.

$(- 4, - 486)$

Этап 3.5

Определим точки, которые могут быть точками перегиба.

$(1, 9), (- 4, - 486)$

Этап 4

Разобьем $(- \infty, \infty)$ на интервалы вокруг точек, которые могут быть точками перегиба.

$(- \infty, - 4) \cup (- 4, 1) \cup (1, \infty)$

Этап 5

Подставим значение из интервала $(- \infty, - 4)$ во вторую производную, чтобы определить, возрастает она или убывает.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $- 4.1$ .

$f'' (- 4.1) = 12 {(- 4.1)}^{2} + 36 (- 4.1) - 48$

Этап 5.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.1.1

Возведем $- 4.1$ в степень $2$ .

$f'' (- 4.1) = 12 \cdot 16.81 + 36 (- 4.1) - 48$

Этап 5.2.1.2

Умножим $12$ на $16.81$ .

$f'' (- 4.1) = 201.72 + 36 (- 4.1) - 48$

Этап 5.2.1.3

Умножим $36$ на $- 4.1$ .

$f'' (- 4.1) = 201.72 - 147.6 - 48$

Этап 5.2.2

Упростим путем вычитания чисел.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.2.2.1

Вычтем $147.6$ из $201.72$ .

$f'' (- 4.1) = 54.12 - 48$

Этап 5.2.2.2

Вычтем $48$ из $54.12$ .

$f'' (- 4.1) = 6.12$

Этап 5.2.3

Окончательный ответ: $6.12$ .

$6.12$

Этап 5.3

При $- 4.1$ вторая производная имеет вид $6.12$ . Поскольку это положительная величина, вторая производная возрастает на интервале $(- \infty, - 4)$ .

Возрастание в области $(- \infty, - 4)$ , так как $f'' (x) > 0$

Этап 6

Подставим значение из интервала $(- 4, 1)$ во вторую производную, чтобы определить, возрастает она или убывает.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $- \frac{3}{2}$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 {(- \frac{3}{2})}^{2} + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1.1

Применим правило степени ${(a b)}^{n} = a^{n} b^{n}$ для распределения показателей.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1.1.1

Применим правило умножения к $- \frac{3}{2}$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 ({(- 1)}^{2} {(\frac{3}{2})}^{2}) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.1.2

Применим правило умножения к $\frac{3}{2}$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 ({(- 1)}^{2} (\frac{3^{2}}{2^{2}})) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.2

Возведем $- 1$ в степень $2$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 (1 (\frac{3^{2}}{2^{2}})) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.3

Умножим $\frac{3^{2}}{2^{2}}$ на $1$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 (\frac{3^{2}}{2^{2}}) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.4

Возведем $3$ в степень $2$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 (\frac{9}{2^{2}}) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.5

Возведем $2$ в степень $2$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 12 (\frac{9}{4}) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.6

Сократим общий множитель $4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1.6.1

Вынесем множитель $4$ из $12$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 4 (3) (\frac{9}{4}) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.6.2

Сократим общий множитель.

$f'' (- \frac{3}{2}) = 4 \cdot (3 (\frac{9}{4})) + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.6.3

Перепишем это выражение.

$f'' (- \frac{3}{2}) = 3 \cdot 9 + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.7

Умножим $3$ на $9$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 + 36 (- \frac{3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.8

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1.8.1

Перенесем стоящий впереди знак минуса в $- \frac{3}{2}$ в числитель.

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 + 36 (\frac{- 3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.8.2

Вынесем множитель $2$ из $36$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 + 2 (18) (\frac{- 3}{2}) - 48$

Этап 6.2.1.8.3

Сократим общий множитель.

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 + 2 \cdot (18 (\frac{- 3}{2})) - 48$

Этап 6.2.1.8.4

Перепишем это выражение.

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 + 18 \cdot - 3 - 48$

Этап 6.2.1.9

Умножим $18$ на $- 3$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = 27 - 54 - 48$

Этап 6.2.2

Упростим путем вычитания чисел.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.2.1

Вычтем $54$ из $27$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = - 27 - 48$

Этап 6.2.2.2

Вычтем $48$ из $- 27$ .

$f'' (- \frac{3}{2}) = - 75$

Этап 6.2.3

Окончательный ответ: $- 75$ .

$- 75$

Этап 6.3

При $- \frac{3}{2}$ вторая производная имеет вид $- 75$ . Поскольку это отрицательная величина, вторая производная уменьшается на интервале $(- 4, 1)$ .

Убывание на $(- 4, 1)$ , так как $f'' (x) < 0$

Этап 7

Подставим значение из интервала $(1, \infty)$ во вторую производную, чтобы определить, возрастает она или убывает.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Заменим в этом выражении переменную $x$ на $1.1$ .

$f'' (1.1) = 12 {(1.1)}^{2} + 36 (1.1) - 48$

Этап 7.2

Упростим результат.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1.1

Возведем $1.1$ в степень $2$ .

$f'' (1.1) = 12 \cdot 1.21 + 36 (1.1) - 48$

Этап 7.2.1.2

Умножим $12$ на $1.21$ .

$f'' (1.1) = 14.52 + 36 (1.1) - 48$

Этап 7.2.1.3

Умножим $36$ на $1.1$ .

$f'' (1.1) = 14.52 + 39.6 - 48$

Этап 7.2.2

Упростим путем сложения и вычитания.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.2.1

Добавим $14.52$ и $39.6$ .

$f'' (1.1) = 54.12 - 48$

Этап 7.2.2.2

Вычтем $48$ из $54.12$ .

$f'' (1.1) = 6.12$

Этап 7.2.3

Окончательный ответ: $6.12$ .

$6.12$

Этап 7.3

При $1.1$ вторая производная имеет вид $6.12$ . Поскольку это положительная величина, вторая производная возрастает на интервале $(1, \infty)$ .

Возрастание в области $(1, \infty)$ , так как $f'' (x) > 0$

Этап 8

An inflection point is a point on a curve at which the concavity changes sign from plus to minus or from minus to plus. The inflection points in this case are $(- 4, - 486), (1, 9)$ .

$(- 4, - 486), (1, 9)$

Этап 9