微积分学示例

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

解题步骤 1

求一阶导数。

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解题步骤 1.1

求一阶导数。

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解题步骤 1.1.1

根据加法法则， $20 x^{3} - 3 x^{5}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [20 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$ 。

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

解题步骤 1.1.2

计算 $\frac{d}{d x} [20 x^{3}]$ 。

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解题步骤 1.1.2.1

因为 $20$ 对于 $x$ 是常数，所以 $20 x^{3}$ 对 $x$ 的导数是 $20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ 。

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

解题步骤 1.1.2.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 3$ 。

$20 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$

解题步骤 1.1.2.3

将 $3$ 乘以 $20$ 。

$60 x^{2} + \frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$

解题步骤 1.1.3

计算 $\frac{d}{d x} [- 3 x^{5}]$ 。

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解题步骤 1.1.3.1

因为 $- 3$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 3 x^{5}$ 对 $x$ 的导数是 $- 3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$ 。

$60 x^{2} - 3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$

解题步骤 1.1.3.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 5$ 。

$60 x^{2} - 3 (5 x^{4})$

解题步骤 1.1.3.3

将 $5$ 乘以 $- 3$ 。

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

解题步骤 1.1.4

重新排序项。

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

解题步骤 1.2

$f (x)$ 对 $x$ 的一阶导数是 $- 15 x^{4} + 60 x^{2}$ 。

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

解题步骤 2

将一阶导数设为等于 $0$ ，然后求解方程 $- 15 x^{4} + 60 x^{2} = 0$ 。

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解题步骤 2.1

将一阶导数设为等于 $0$ 。

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

解题步骤 2.2

对方程左边进行因式分解。

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解题步骤 2.2.1

将 $x^{4}$ 重写为 ${(x^{2})}^{2}$ 。

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

解题步骤 2.2.2

使 $u = x^{2}$ 。用 $u$ 代入替换所有出现的 $x^{2}$ 。

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

解题步骤 2.2.3

从 $- 15 u^{2} + 60 u$ 中分解出因数 $15 u$ 。

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解题步骤 2.2.3.1

从 $- 15 u^{2}$ 中分解出因数 $15 u$ 。

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

解题步骤 2.2.3.2

从 $60 u$ 中分解出因数 $15 u$ 。

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

解题步骤 2.2.3.3

从 $15 u (- u) + 15 u (4)$ 中分解出因数 $15 u$ 。

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

解题步骤 2.2.4

使用 $x^{2}$ 替换所有出现的 $u$ 。

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

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 $0$ 。

$x^{2} = 0$

$- x^{2} + 4 = 0$

解题步骤 2.4

将 $x^{2}$ 设为等于 $0$ 并求解 $x$ 。

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解题步骤 2.4.1

将 $x^{2}$ 设为等于 $0$ 。

$x^{2} = 0$

解题步骤 2.4.2

求解 $x$ 的 $x^{2} = 0$ 。

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解题步骤 2.4.2.1

取方程两边的指定根来消去方程左边的指数。

$x = \pm \sqrt{0}$

解题步骤 2.4.2.2

化简 $\pm \sqrt{0}$ 。

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解题步骤 2.4.2.2.1

将 $0$ 重写为 $0^{2}$ 。

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

解题步骤 2.4.2.2.2

假设各项均为正实数，从根式下提出各项。

$x = \pm 0$

解题步骤 2.4.2.2.3

正负 $0$ 是 $0$ 。

$x = 0$

解题步骤 2.5

将 $- x^{2} + 4$ 设为等于 $0$ 并求解 $x$ 。

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解题步骤 2.5.1

将 $- x^{2} + 4$ 设为等于 $0$ 。

$- x^{2} + 4 = 0$

解题步骤 2.5.2

求解 $x$ 的 $- x^{2} + 4 = 0$ 。

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解题步骤 2.5.2.1

从等式两边同时减去 $4$ 。

$- x^{2} = - 4$

解题步骤 2.5.2.2

将 $- x^{2} = - 4$ 中的每一项除以 $- 1$ 并化简。

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解题步骤 2.5.2.2.1

将 $- x^{2} = - 4$ 中的每一项都除以 $- 1$ 。

$\frac{- x^{2}}{- 1} = \frac{- 4}{- 1}$

解题步骤 2.5.2.2.2

化简左边。

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解题步骤 2.5.2.2.2.1

将两个负数相除得到一个正数。

$\frac{x^{2}}{1} = \frac{- 4}{- 1}$

解题步骤 2.5.2.2.2.2

用 $x^{2}$ 除以 $1$ 。

$x^{2} = \frac{- 4}{- 1}$

解题步骤 2.5.2.2.3

化简右边。

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解题步骤 2.5.2.2.3.1

用 $- 4$ 除以 $- 1$ 。

$x^{2} = 4$

解题步骤 2.5.2.3

取方程两边的指定根来消去方程左边的指数。

$x = \pm \sqrt{4}$

解题步骤 2.5.2.4

化简 $\pm \sqrt{4}$ 。

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解题步骤 2.5.2.4.1

将 $4$ 重写为 $2^{2}$ 。

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

解题步骤 2.5.2.4.2

假设各项均为正实数，从根式下提出各项。

$x = \pm 2$

解题步骤 2.5.2.5

完全解为同时包括解的正数和负数部分的结果。

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解题步骤 2.5.2.5.1

首先，利用 $\pm$ 的正值求第一个解。

$x = 2$

解题步骤 2.5.2.5.2

下一步，使用 $\pm$ 的负值来求第二个解。

$x = - 2$

解题步骤 2.5.2.5.3

完全解为同时包括解的正数和负数部分的结果。

$x = 2, - 2$

解题步骤 2.6

最终解为使 $15 x^{2} (- x^{2} + 4) = 0$ 成立的所有值。

$x = 0, 2, - 2$

解题步骤 3

求使导数无意义的值。

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解题步骤 3.1

表达式的定义域是除使表达式无定义的值外的所有实数。在本例中，不存在使表达式无定义的实数。

解题步骤 4

对每个导数为 $0$ 或无意义的 $x$ 值，计算 $20 x^{3} - 3 x^{5}$ 。

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解题步骤 4.1

在 $x = 0$ 处计算

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解题步骤 4.1.1

代入 $0$ 替换 $x$ 。

$20 {(0)}^{3} - 3 {(0)}^{5}$

解题步骤 4.1.2

化简。

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解题步骤 4.1.2.1

化简每一项。

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解题步骤 4.1.2.1.1

对 $0$ 进行任意正数次方的运算均得到 $0$ 。

$20 \cdot 0 - 3 {(0)}^{5}$

解题步骤 4.1.2.1.2

将 $20$ 乘以 $0$ 。

$0 - 3 {(0)}^{5}$

解题步骤 4.1.2.1.3

对 $0$ 进行任意正数次方的运算均得到 $0$ 。

$0 - 3 \cdot 0$

解题步骤 4.1.2.1.4

将 $- 3$ 乘以 $0$ 。

$0 + 0$

解题步骤 4.1.2.2

将 $0$ 和 $0$ 相加。

$0$

解题步骤 4.2

在 $x = 2$ 处计算

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解题步骤 4.2.1

代入 $2$ 替换 $x$ 。

$20 {(2)}^{3} - 3 {(2)}^{5}$

解题步骤 4.2.2

化简。

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解题步骤 4.2.2.1

化简每一项。

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解题步骤 4.2.2.1.1

对 $2$ 进行 $3$ 次方运算。

$20 \cdot 8 - 3 {(2)}^{5}$

解题步骤 4.2.2.1.2

将 $20$ 乘以 $8$ 。

$160 - 3 {(2)}^{5}$

解题步骤 4.2.2.1.3

对 $2$ 进行 $5$ 次方运算。

$160 - 3 \cdot 32$

解题步骤 4.2.2.1.4

将 $- 3$ 乘以 $32$ 。

$160 - 96$

解题步骤 4.2.2.2

从 $160$ 中减去 $96$ 。

$64$

解题步骤 4.3

在 $x = - 2$ 处计算

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解题步骤 4.3.1

代入 $- 2$ 替换 $x$ 。

$20 {(- 2)}^{3} - 3 {(- 2)}^{5}$

解题步骤 4.3.2

化简。

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解题步骤 4.3.2.1

化简每一项。

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解题步骤 4.3.2.1.1

对 $- 2$ 进行 $3$ 次方运算。

$20 \cdot - 8 - 3 {(- 2)}^{5}$

解题步骤 4.3.2.1.2

将 $20$ 乘以 $- 8$ 。

$- 160 - 3 {(- 2)}^{5}$

解题步骤 4.3.2.1.3

对 $- 2$ 进行 $5$ 次方运算。

$- 160 - 3 \cdot - 32$

解题步骤 4.3.2.1.4

将 $- 3$ 乘以 $- 32$ 。

$- 160 + 96$

解题步骤 4.3.2.2

将 $- 160$ 和 $96$ 相加。

$- 64$

解题步骤 4.4

列出所有的点。

$(0, 0), (2, 64), (- 2, - 64)$

解题步骤 5

微积分学 示例

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