Giải tích Ví dụ

$f (x) = 3 x^{5} - 20 x^{3}$

Bước 1

Tìm đạo hàm bậc một của hàm số.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.1

Theo Quy tắc tổng, đạo hàm của $3 x^{5} - 20 x^{3}$ đối với $x$ là $\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$ .

$\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 1.2

Tính $\frac{d}{d x} [3 x^{5}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.2.1

Vì $3$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $3 x^{5}$ đối với $x$ là $3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 1.2.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 5$ .

$3 (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 1.2.3

Nhân $5$ với $3$ .

$15 x^{4} + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 1.3

Tính $\frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.3.1

Vì $- 20$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $- 20 x^{3}$ đối với $x$ là $- 20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$15 x^{4} - 20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Bước 1.3.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 3$ .

$15 x^{4} - 20 (3 x^{2})$

Bước 1.3.3

Nhân $3$ với $- 20$ .

$15 x^{4} - 60 x^{2}$

Bước 2

Tìm đạo hàm bậc hai của hàm số.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 2.1

Theo Quy tắc tổng, đạo hàm của $15 x^{4} - 60 x^{2}$ đối với $x$ là $\frac{d}{d x} [15 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 60 x^{2}]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (15 x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 60 x^{2})$

Bước 2.2

Tính $\frac{d}{d x} [15 x^{4}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 2.2.1

Vì $15$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $15 x^{4}$ đối với $x$ là $15 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$f'' (x) = 15 \frac{d}{d x} (x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 60 x^{2})$

Bước 2.2.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 4$ .

$f'' (x) = 15 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 60 x^{2})$

Bước 2.2.3

Nhân $4$ với $15$ .

$f'' (x) = 60 x^{3} + \frac{d}{d x} (- 60 x^{2})$

Bước 2.3

Tính $\frac{d}{d x} [- 60 x^{2}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 2.3.1

Vì $- 60$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $- 60 x^{2}$ đối với $x$ là $- 60 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 60 x^{3} - 60 \frac{d}{d x} x^{2}$

Bước 2.3.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 2$ .

$f'' (x) = 60 x^{3} - 60 (2 x)$

Bước 2.3.3

Nhân $2$ với $- 60$ .

$f'' (x) = 60 x^{3} - 120 x$

Bước 3

Để tìm các giá trị cực đại địa phương và cực tiểu địa phương của hàm số, đặt đạo hàm bằng $0$ và giải.

$15 x^{4} - 60 x^{2} = 0$

Bước 4

Tìm đạo hàm bậc một.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 4.1

Tìm đạo hàm bậc một.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 4.1.1

Theo Quy tắc tổng, đạo hàm của $3 x^{5} - 20 x^{3}$ đối với $x$ là $\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$ .

$\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 4.1.2

Tính $\frac{d}{d x} [3 x^{5}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 4.1.2.1

Vì $3$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $3 x^{5}$ đối với $x$ là $3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 4.1.2.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 5$ .

$3 (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 4.1.2.3

Nhân $5$ với $3$ .

$15 x^{4} + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$

Bước 4.1.3

Tính $\frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 4.1.3.1

Vì $- 20$ không đổi đối với $x$ , nên đạo hàm của $- 20 x^{3}$ đối với $x$ là $- 20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$15 x^{4} - 20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Bước 4.1.3.2

Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ là $n x^{n - 1}$ trong đó $n = 3$ .

$15 x^{4} - 20 (3 x^{2})$

Bước 4.1.3.3

Nhân $3$ với $- 20$ .

$f' (x) = 15 x^{4} - 60 x^{2}$

Bước 4.2

Đạo hàm bậc nhất của $f (x)$ đối với $x$ là $15 x^{4} - 60 x^{2}$ .

$15 x^{4} - 60 x^{2}$

Bước 5

Cho đạo hàm bằng $0$ rồi giải phương trình $15 x^{4} - 60 x^{2} = 0$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.1

Cho đạo hàm bằng $0$ .

$15 x^{4} - 60 x^{2} = 0$

Bước 5.2

Phân tích vế trái của phương trình thành thừa số.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.2.1

Viết lại $x^{4}$ ở dạng ${(x^{2})}^{2}$ .

$15 {(x^{2})}^{2} - 60 x^{2} = 0$

Bước 5.2.2

Giả sử $u = x^{2}$ . Thay $u$ cho tất cả các lần xuất hiện của $x^{2}$ .

$15 u^{2} - 60 u = 0$

Bước 5.2.3

Đưa $15 u$ ra ngoài $15 u^{2} - 60 u$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.2.3.1

Đưa $15 u$ ra ngoài $15 u^{2}$ .

$15 u (u) - 60 u = 0$

Bước 5.2.3.2

Đưa $15 u$ ra ngoài $- 60 u$ .

$15 u (u) + 15 u (- 4) = 0$

Bước 5.2.3.3

Đưa $15 u$ ra ngoài $15 u (u) + 15 u (- 4)$ .

$15 u (u - 4) = 0$

Bước 5.2.4

Thay thế tất cả các lần xuất hiện của $u$ với $x^{2}$ .

$15 x^{2} (x^{2} - 4) = 0$

Bước 5.3

Nếu bất kỳ thừa số riêng lẻ nào ở vế trái của phương trình bằng $0$ , toàn bộ biểu thức sẽ bằng $0$ .

$x^{2} = 0$

$x^{2} - 4 = 0$

Bước 5.4

Đặt $x^{2}$ bằng $0$ và giải tìm $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.4.1

Đặt $x^{2}$ bằng với $0$ .

$x^{2} = 0$

Bước 5.4.2

Giải $x^{2} = 0$ để tìm $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.4.2.1

Lấy căn đã chỉ định của cả hai vế của phương trình để loại bỏ số mũ ở vế trái.

$x = \pm \sqrt{0}$

Bước 5.4.2.2

Rút gọn $\pm \sqrt{0}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.4.2.2.1

Viết lại $0$ ở dạng $0^{2}$ .

$x = \pm \sqrt{0^{2}}$

Bước 5.4.2.2.2

Đưa các số hạng dưới dấu căn ra ngoài, giả sử đó là các số thực dương.

$x = \pm 0$

Bước 5.4.2.2.3

Cộng hoặc trừ $0$ là $0$ .

$x = 0$

Bước 5.5

Đặt $x^{2} - 4$ bằng $0$ và giải tìm $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.5.1

Đặt $x^{2} - 4$ bằng với $0$ .

$x^{2} - 4 = 0$

Bước 5.5.2

Giải $x^{2} - 4 = 0$ để tìm $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.5.2.1

Cộng $4$ cho cả hai vế của phương trình.

$x^{2} = 4$

Bước 5.5.2.2

Lấy căn đã chỉ định của cả hai vế của phương trình để loại bỏ số mũ ở vế trái.

$x = \pm \sqrt{4}$

Bước 5.5.2.3

Rút gọn $\pm \sqrt{4}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.5.2.3.1

Viết lại $4$ ở dạng $2^{2}$ .

$x = \pm \sqrt{2^{2}}$

Bước 5.5.2.3.2

Đưa các số hạng dưới dấu căn ra ngoài, giả sử đó là các số thực dương.

$x = \pm 2$

Bước 5.5.2.4

Đáp án hoàn chỉnh là kết quả của cả hai phần dương và âm của đáp án.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.5.2.4.1

Đầu tiên, sử dụng giá trị dương của $\pm$ để tìm đáp án đầu tiên.

$x = 2$

Bước 5.5.2.4.2

Tiếp theo, sử dụng giá trị âm của $\pm$ để tìm đáp án thứ hai.

$x = - 2$

Bước 5.5.2.4.3

Đáp án hoàn chỉnh là kết quả của cả hai phần dương và âm của đáp án.

$x = 2, - 2$

Bước 5.6

Đáp án cuối cùng là tất cả các giá trị làm cho $15 x^{2} (x^{2} - 4) = 0$ đúng.

$x = 0, 2, - 2$

Bước 6

Tìm các giá trị có đạo hàm tại đó không xác định.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 6.1

Tập xác định của biểu thức là tất cả các số thực trừ trường hợp biểu thức không xác định. Trong trường hợp này, không có số thực nào làm cho biểu thức không xác định.

Bước 7

Các điểm cực trị cần tính.

$x = 0, 2, - 2$

Bước 8

Tính đạo hàm bậc hai tại $x = 0$ . Nếu đạo hàm bậc hai dương, thì đây là một cực tiểu địa phương. Nếu nó âm, thì đây là một cực đại địa phương.

$60 {(0)}^{3} - 120 \cdot 0$

Bước 9

Tính đạo hàm bậc hai.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 9.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 9.1.1

Nâng $0$ lên bất kỳ số mũ dương nào sẽ cho $0$ .

$60 \cdot 0 - 120 \cdot 0$

Bước 9.1.2

Nhân $60$ với $0$ .

$0 - 120 \cdot 0$

Bước 9.1.3

Nhân $- 120$ với $0$ .

$0 + 0$

Bước 9.2

Cộng $0$ và $0$ .

$0$

Bước 10

Vì có ít nhất một điểm với $0$ hoặc đạo hàm bậc hai không xác định, nên ta áp dụng phép kiểm định đạo hàm bậc nhất.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.1

Chia $(- \infty, \infty)$ thành các khoảng riêng biệt xung quanh các giá trị $x$ và làm cho đạo hàm bậc nhất $0$ hoặc không xác định.

$(- \infty, - 2) \cup (- 2, 0) \cup (0, 2) \cup (2, \infty)$

Bước 10.2

Thay bất kỳ số nào, chẳng hạn như $- 4$ , từ khoảng $(- \infty, - 2)$ trong đạo hàm đầu tiên $15 x^{4} - 60 x^{2}$ để kiểm tra xem kết quả là âm hay dương.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.2.1

Thay thế biến $x$ bằng $- 4$ trong biểu thức.

$f' (- 4) = 15 {(- 4)}^{4} - 60 {(- 4)}^{2}$

Bước 10.2.2

Rút gọn kết quả.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.2.2.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.2.2.1.1

Nâng $- 4$ lên lũy thừa $4$ .

$f' (- 4) = 15 \cdot 256 - 60 {(- 4)}^{2}$

Bước 10.2.2.1.2

Nhân $15$ với $256$ .

$f' (- 4) = 3840 - 60 {(- 4)}^{2}$

Bước 10.2.2.1.3

Nâng $- 4$ lên lũy thừa $2$ .

$f' (- 4) = 3840 - 60 \cdot 16$

Bước 10.2.2.1.4

Nhân $- 60$ với $16$ .

$f' (- 4) = 3840 - 960$

Bước 10.2.2.2

Trừ $960$ khỏi $3840$ .

$f' (- 4) = 2880$

Bước 10.2.2.3

Câu trả lời cuối cùng là $2880$ .

$2880$

Bước 10.3

Thay bất kỳ số nào, chẳng hạn như $- 1$ , từ khoảng $(- 2, 0)$ trong đạo hàm đầu tiên $15 x^{4} - 60 x^{2}$ để kiểm tra xem kết quả là âm hay dương.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.3.1

Thay thế biến $x$ bằng $- 1$ trong biểu thức.

$f' (- 1) = 15 {(- 1)}^{4} - 60 {(- 1)}^{2}$

Bước 10.3.2

Rút gọn kết quả.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.3.2.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.3.2.1.1

Nâng $- 1$ lên lũy thừa $4$ .

$f' (- 1) = 15 \cdot 1 - 60 {(- 1)}^{2}$

Bước 10.3.2.1.2

Nhân $15$ với $1$ .

$f' (- 1) = 15 - 60 {(- 1)}^{2}$

Bước 10.3.2.1.3

Nâng $- 1$ lên lũy thừa $2$ .

$f' (- 1) = 15 - 60 \cdot 1$

Bước 10.3.2.1.4

Nhân $- 60$ với $1$ .

$f' (- 1) = 15 - 60$

Bước 10.3.2.2

Trừ $60$ khỏi $15$ .

$f' (- 1) = - 45$

Bước 10.3.2.3

Câu trả lời cuối cùng là $- 45$ .

$- 45$

Bước 10.4

Thay bất kỳ số nào, chẳng hạn như $1$ , từ khoảng $(0, 2)$ trong đạo hàm đầu tiên $15 x^{4} - 60 x^{2}$ để kiểm tra xem kết quả là âm hay dương.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.4.1

Thay thế biến $x$ bằng $1$ trong biểu thức.

$f' (1) = 15 {(1)}^{4} - 60 {(1)}^{2}$

Bước 10.4.2

Rút gọn kết quả.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.4.2.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.4.2.1.1

Một mũ bất kỳ số nào là một.

$f' (1) = 15 \cdot 1 - 60 {(1)}^{2}$

Bước 10.4.2.1.2

Nhân $15$ với $1$ .

$f' (1) = 15 - 60 {(1)}^{2}$

Bước 10.4.2.1.3

Một mũ bất kỳ số nào là một.

$f' (1) = 15 - 60 \cdot 1$

Bước 10.4.2.1.4

Nhân $- 60$ với $1$ .

$f' (1) = 15 - 60$

Bước 10.4.2.2

Trừ $60$ khỏi $15$ .

$f' (1) = - 45$

Bước 10.4.2.3

Câu trả lời cuối cùng là $- 45$ .

$- 45$

Bước 10.5

Thay bất kỳ số nào, chẳng hạn như $4$ , từ khoảng $(2, \infty)$ trong đạo hàm đầu tiên $15 x^{4} - 60 x^{2}$ để kiểm tra xem kết quả là âm hay dương.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.5.1

Thay thế biến $x$ bằng $4$ trong biểu thức.

$f' (4) = 15 {(4)}^{4} - 60 {(4)}^{2}$

Bước 10.5.2

Rút gọn kết quả.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.5.2.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.5.2.1.1

Nâng $4$ lên lũy thừa $4$ .

$f' (4) = 15 \cdot 256 - 60 {(4)}^{2}$

Bước 10.5.2.1.2

Nhân $15$ với $256$ .

$f' (4) = 3840 - 60 {(4)}^{2}$

Bước 10.5.2.1.3

Nâng $4$ lên lũy thừa $2$ .

$f' (4) = 3840 - 60 \cdot 16$

Bước 10.5.2.1.4

Nhân $- 60$ với $16$ .

$f' (4) = 3840 - 960$

Bước 10.5.2.2

Trừ $960$ khỏi $3840$ .

$f' (4) = 2880$

Bước 10.5.2.3

Câu trả lời cuối cùng là $2880$ .

$2880$

Bước 10.6

Vì đạo hàm bậc nhất đổi dấu từ dương sang âm xung quanh $x = - 2$ , nên $x = - 2$ là một cực đại địa phương.

$x = - 2$ là cực đại địa phương

Bước 10.7

Vì đạo hàm bậc nhất không thay đổi dấu xung quanh $x = 0$ , nên đây không phải là một cực đại địa phương hoặc cực tiểu địa phương.

Không phải là một cực đại địa phương hoặc cực tiểu địa phương

Bước 10.8

Vì đạo hàm bậc nhất đổi dấu từ âm sang dương xung quanh $x = 2$ , nên $x = 2$ là một cực tiểu địa phương.

$x = 2$ là cực tiểu địa phương

Bước 10.9

Đây là những cực trị địa phương cho $f (x) = 3 x^{5} - 20 x^{3}$ .

$x = - 2$ là cực đại địa phương

$x = 2$ là cực tiểu địa phương

$x = - 2$ là cực đại địa phương

$x = 2$ là cực tiểu địa phương

Bước 11