微积分学 示例
f(x)=x4+2x2-8xf(x)=x4+2x2−8x
解题步骤 1
解题步骤 1.1
求一阶导数。
解题步骤 1.1.1
求微分。
解题步骤 1.1.1.1
根据加法法则,x4+2x2-8xx4+2x2−8x 对 xx 的导数是 ddx[x4]+ddx[2x2]+ddx[-8x]ddx[x4]+ddx[2x2]+ddx[−8x]。
ddx[x4]+ddx[2x2]+ddx[-8x]ddx[x4]+ddx[2x2]+ddx[−8x]
解题步骤 1.1.1.2
使用幂法则求微分,根据该法则,ddx[xn]ddx[xn] 等于 nxn-1nxn−1,其中 n=4n=4。
4x3+ddx[2x2]+ddx[-8x]4x3+ddx[2x2]+ddx[−8x]
4x3+ddx[2x2]+ddx[-8x]4x3+ddx[2x2]+ddx[−8x]
解题步骤 1.1.2
计算 ddx[2x2]ddx[2x2]。
解题步骤 1.1.2.1
因为 22 对于 xx 是常数,所以 2x22x2 对 xx 的导数是 2ddx[x2]2ddx[x2]。
4x3+2ddx[x2]+ddx[-8x]4x3+2ddx[x2]+ddx[−8x]
解题步骤 1.1.2.2
使用幂法则求微分,根据该法则,ddx[xn]ddx[xn] 等于 nxn-1nxn−1,其中 n=2n=2。
4x3+2(2x)+ddx[-8x]4x3+2(2x)+ddx[−8x]
解题步骤 1.1.2.3
将 22 乘以 22。
4x3+4x+ddx[-8x]4x3+4x+ddx[−8x]
4x3+4x+ddx[-8x]4x3+4x+ddx[−8x]
解题步骤 1.1.3
计算 ddx[-8x]ddx[−8x]。
解题步骤 1.1.3.1
因为 -8−8 对于 xx 是常数,所以 -8x−8x 对 xx 的导数是 -8ddx[x]−8ddx[x]。
4x3+4x-8ddx[x]4x3+4x−8ddx[x]
解题步骤 1.1.3.2
使用幂法则求微分,根据该法则,ddx[xn]ddx[xn] 等于 nxn-1nxn−1,其中 n=1n=1。
4x3+4x-8⋅14x3+4x−8⋅1
解题步骤 1.1.3.3
将 -8−8 乘以 11。
f′(x)=4x3+4x-8
f′(x)=4x3+4x-8
f′(x)=4x3+4x-8
解题步骤 1.2
f(x) 对 x 的一阶导数是 4x3+4x-8。
4x3+4x-8
4x3+4x-8
解题步骤 2
解题步骤 2.1
将一阶导数设为等于 0。
4x3+4x-8=0
解题步骤 2.2
对方程左边进行因式分解。
解题步骤 2.2.1
从 4x3+4x-8 中分解出因数 4。
解题步骤 2.2.1.1
从 4x3 中分解出因数 4。
4(x3)+4x-8=0
解题步骤 2.2.1.2
从 4x 中分解出因数 4。
4(x3)+4(x)-8=0
解题步骤 2.2.1.3
从 -8 中分解出因数 4。
4(x3)+4x+4⋅-2=0
解题步骤 2.2.1.4
从 4(x3)+4x 中分解出因数 4。
4(x3+x)+4⋅-2=0
解题步骤 2.2.1.5
从 4(x3+x)+4⋅-2 中分解出因数 4。
4(x3+x-2)=0
4(x3+x-2)=0
解题步骤 2.2.2
因数。
解题步骤 2.2.2.1
使用有理根检验法因式分解 x3+x-2。
解题步骤 2.2.2.1.1
如果一个多项式函数的各项系数都为整数,则每个有理零点应为 pq 的形式,其中 p 为常数的因数,而 q 为首项系数的因数。
p=±1,±2
q=±1
解题步骤 2.2.2.1.2
求 ±pq 的所有组合。这些将是多项式函数的可能根。
±1,±2
解题步骤 2.2.2.1.3
代入 1 并化简表达式。在本例中,表达式等于 0,所以 1 是多项式的根。
解题步骤 2.2.2.1.3.1
将 1 代入多项式。
13+1-2
解题步骤 2.2.2.1.3.2
对 1 进行 3 次方运算。
1+1-2
解题步骤 2.2.2.1.3.3
将 1 和 1 相加。
2-2
解题步骤 2.2.2.1.3.4
从 2 中减去 2。
0
0
解题步骤 2.2.2.1.4
因为 1 是一个已知的根,所以将多项式除以 x-1 求商式。得到的多项式之后可以用来求其余的根。
x3+x-2x-1
解题步骤 2.2.2.1.5
用 x3+x-2 除以 x-1。
解题步骤 2.2.2.1.5.1
建立要用于相除的多项式。如果不是对于所有指数都有对应的项,则插入带 0 值的项。
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.2
将被除数中的最高阶项 x3 除以除数中的最高阶项 x。
x2 | |||||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.3
将新的商式项乘以除数。
x2 | |||||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
+ | x3 | - | x2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.4
因为要从被除数中减去该表达式,所以应改变 x3-x2 中的所有符号
x2 | |||||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.5
改变符号后,将相乘所得的多项式和最后的被除数相加,得到新的被除数。
x2 | |||||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.6
从原来的被除数向下提取下一项到当前被除数中。
x2 | |||||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x |
解题步骤 2.2.2.1.5.7
将被除数中的最高阶项 x2 除以除数中的最高阶项 x。
x2 | + | x | |||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x |
解题步骤 2.2.2.1.5.8
将新的商式项乘以除数。
x2 | + | x | |||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
+ | x2 | - | x |
解题步骤 2.2.2.1.5.9
因为要从被除数中减去该表达式,所以应改变 x2-x 中的所有符号
x2 | + | x | |||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x |
解题步骤 2.2.2.1.5.10
改变符号后,将相乘所得的多项式和最后的被除数相加,得到新的被除数。
x2 | + | x | |||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x |
解题步骤 2.2.2.1.5.11
从原来的被除数向下提取下一项到当前被除数中。
x2 | + | x | |||||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x | - | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.12
将被除数中的最高阶项 2x 除以除数中的最高阶项 x。
x2 | + | x | + | 2 | |||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x | - | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.13
将新的商式项乘以除数。
x2 | + | x | + | 2 | |||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x | - | 2 | ||||||||
+ | 2x | - | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.14
因为要从被除数中减去该表达式,所以应改变 2x-2 中的所有符号
x2 | + | x | + | 2 | |||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x | - | 2 | ||||||||
- | 2x | + | 2 |
解题步骤 2.2.2.1.5.15
改变符号后,将相乘所得的多项式和最后的被除数相加,得到新的被除数。
x2 | + | x | + | 2 | |||||||
x | - | 1 | x3 | + | 0x2 | + | x | - | 2 | ||
- | x3 | + | x2 | ||||||||
+ | x2 | + | x | ||||||||
- | x2 | + | x | ||||||||
+ | 2x | - | 2 | ||||||||
- | 2x | + | 2 | ||||||||
0 |
解题步骤 2.2.2.1.5.16
因为余数为 0,所以最终答案是商。
x2+x+2
x2+x+2
解题步骤 2.2.2.1.6
将 x3+x-2 书写为因数的集合。
4((x-1)(x2+x+2))=0
4((x-1)(x2+x+2))=0
解题步骤 2.2.2.2
去掉多余的括号。
4(x-1)(x2+x+2)=0
4(x-1)(x2+x+2)=0
4(x-1)(x2+x+2)=0
解题步骤 2.3
如果等式左侧的任一因数等于 0,则整个表达式将等于 0。
x-1=0
x2+x+2=0
解题步骤 2.4
将 x-1 设为等于 0 并求解 x。
解题步骤 2.4.1
将 x-1 设为等于 0。
x-1=0
解题步骤 2.4.2
在等式两边都加上 1。
x=1
x=1
解题步骤 2.5
将 x2+x+2 设为等于 0 并求解 x。
解题步骤 2.5.1
将 x2+x+2 设为等于 0。
x2+x+2=0
解题步骤 2.5.2
求解 x 的 x2+x+2=0 。
解题步骤 2.5.2.1
使用二次公式求解。
-b±√b2-4(ac)2a
解题步骤 2.5.2.2
将 a=1、b=1 和 c=2 的值代入二次公式中并求解 x。
-1±√12-4⋅(1⋅2)2⋅1
解题步骤 2.5.2.3
化简。
解题步骤 2.5.2.3.1
化简分子。
解题步骤 2.5.2.3.1.1
一的任意次幂都为一。
x=-1±√1-4⋅1⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.2
乘以 -4⋅1⋅2。
解题步骤 2.5.2.3.1.2.1
将 -4 乘以 1。
x=-1±√1-4⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.2.2
将 -4 乘以 2。
x=-1±√1-82⋅1
x=-1±√1-82⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.3
从 1 中减去 8。
x=-1±√-72⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.4
将 -7 重写为 -1(7)。
x=-1±√-1⋅72⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.5
将 √-1(7) 重写为 √-1⋅√7。
x=-1±√-1⋅√72⋅1
解题步骤 2.5.2.3.1.6
将 √-1 重写为 i。
x=-1±i√72⋅1
x=-1±i√72⋅1
解题步骤 2.5.2.3.2
将 2 乘以 1。
x=-1±i√72
x=-1±i√72
解题步骤 2.5.2.4
化简表达式以求 ± 在 + 部分的解。
解题步骤 2.5.2.4.1
化简分子。
解题步骤 2.5.2.4.1.1
一的任意次幂都为一。
x=-1±√1-4⋅1⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.2
乘以 -4⋅1⋅2。
解题步骤 2.5.2.4.1.2.1
将 -4 乘以 1。
x=-1±√1-4⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.2.2
将 -4 乘以 2。
x=-1±√1-82⋅1
x=-1±√1-82⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.3
从 1 中减去 8。
x=-1±√-72⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.4
将 -7 重写为 -1(7)。
x=-1±√-1⋅72⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.5
将 √-1(7) 重写为 √-1⋅√7。
x=-1±√-1⋅√72⋅1
解题步骤 2.5.2.4.1.6
将 √-1 重写为 i。
x=-1±i√72⋅1
x=-1±i√72⋅1
解题步骤 2.5.2.4.2
将 2 乘以 1。
x=-1±i√72
解题步骤 2.5.2.4.3
将 ± 变换为 +。
x=-1+i√72
解题步骤 2.5.2.4.4
将 -1 重写为 -1(1)。
x=-1⋅1+i√72
解题步骤 2.5.2.4.5
从 i√7 中分解出因数 -1。
x=-1⋅1-(-i√7)2
解题步骤 2.5.2.4.6
从 -1(1)-(-i√7) 中分解出因数 -1。
x=-1(1-i√7)2
解题步骤 2.5.2.4.7
将负号移到分数的前面。
x=-1-i√72
x=-1-i√72
解题步骤 2.5.2.5
化简表达式以求 ± 在 - 部分的解。
解题步骤 2.5.2.5.1
化简分子。
解题步骤 2.5.2.5.1.1
一的任意次幂都为一。
x=-1±√1-4⋅1⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.2
乘以 -4⋅1⋅2。
解题步骤 2.5.2.5.1.2.1
将 -4 乘以 1。
x=-1±√1-4⋅22⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.2.2
将 -4 乘以 2。
x=-1±√1-82⋅1
x=-1±√1-82⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.3
从 1 中减去 8。
x=-1±√-72⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.4
将 -7 重写为 -1(7)。
x=-1±√-1⋅72⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.5
将 √-1(7) 重写为 √-1⋅√7。
x=-1±√-1⋅√72⋅1
解题步骤 2.5.2.5.1.6
将 √-1 重写为 i。
x=-1±i√72⋅1
x=-1±i√72⋅1
解题步骤 2.5.2.5.2
将 2 乘以 1。
x=-1±i√72
解题步骤 2.5.2.5.3
将 ± 变换为 -。
x=-1-i√72
解题步骤 2.5.2.5.4
将 -1 重写为 -1(1)。
x=-1⋅1-i√72
解题步骤 2.5.2.5.5
从 -i√7 中分解出因数 -1。
x=-1⋅1-(i√7)2
解题步骤 2.5.2.5.6
从 -1(1)-(i√7) 中分解出因数 -1。
x=-1(1+i√7)2
解题步骤 2.5.2.5.7
将负号移到分数的前面。
x=-1+i√72
x=-1+i√72
解题步骤 2.5.2.6
最终答案为两个解的组合。
x=-1-i√72,-1+i√72
x=-1-i√72,-1+i√72
x=-1-i√72,-1+i√72
解题步骤 2.6
最终解为使 4(x-1)(x2+x+2)=0 成立的所有值。
x=1,-1-i√72,-1+i√72
x=1,-1-i√72,-1+i√72
解题步骤 3
使导数等于 0 的值为 1。
1
解题步骤 4
求出让导数 f′(x)=4x3+4x-8 等于 0 或无定义的点后,用来检验 f(x)=x4+2x2-8x 在何处增加和在何处减少的区间即为 (-∞,1)∪(1,∞)。
(-∞,1)∪(1,∞)
解题步骤 5
解题步骤 5.1
使用表达式中的 0 替换变量 x。
f′(0)=4(0)3+4(0)-8
解题步骤 5.2
化简结果。
解题步骤 5.2.1
化简每一项。
解题步骤 5.2.1.1
对 0 进行任意正数次方的运算均得到 0。
f′(0)=4⋅0+4(0)-8
解题步骤 5.2.1.2
将 4 乘以 0。
f′(0)=0+4(0)-8
解题步骤 5.2.1.3
将 4 乘以 0。
f′(0)=0+0-8
f′(0)=0+0-8
解题步骤 5.2.2
通过相加和相减进行化简。
解题步骤 5.2.2.1
将 0 和 0 相加。
f′(0)=0-8
解题步骤 5.2.2.2
从 0 中减去 8。
f′(0)=-8
f′(0)=-8
解题步骤 5.2.3
最终答案为 -8。
-8
-8
解题步骤 5.3
在 x=0 处,导数为 -8。由于其值为负,函数在 (-∞,1) 上递减。
因为 f′(x)<0,所以在 (-∞,1) 上递减
因为 f′(x)<0,所以在 (-∞,1) 上递减
解题步骤 6
解题步骤 6.1
使用表达式中的 2 替换变量 x。
f′(2)=4(2)3+4(2)-8
解题步骤 6.2
化简结果。
解题步骤 6.2.1
化简每一项。
解题步骤 6.2.1.1
对 2 进行 3 次方运算。
f′(2)=4⋅8+4(2)-8
解题步骤 6.2.1.2
将 4 乘以 8。
f′(2)=32+4(2)-8
解题步骤 6.2.1.3
将 4 乘以 2。
f′(2)=32+8-8
f′(2)=32+8-8
解题步骤 6.2.2
通过相加和相减进行化简。
解题步骤 6.2.2.1
将 32 和 8 相加。
f′(2)=40-8
解题步骤 6.2.2.2
从 40 中减去 8。
f′(2)=32
f′(2)=32
解题步骤 6.2.3
最终答案为 32。
32
32
解题步骤 6.3
在 x=2 处,导数为 32。由于其值为正,函数在 (1,∞) 上递增。
因为 f′(x)>0,所以函数在 (1,∞) 上递增
因为 f′(x)>0,所以函数在 (1,∞) 上递增
解题步骤 7
列出函数在其上递增与递减的区间。
递增区间:(1,∞)
递减于:(-∞,1)
解题步骤 8