微积分学示例

$x^{3} + 36 x^{2}$

解题步骤 1

将 $x^{3} + 36 x^{2}$ 书写为一个函数。

$f (x) = x^{3} + 36 x^{2}$

解题步骤 2

求二阶导数。

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解题步骤 2.1

求一阶导数。

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解题步骤 2.1.1

求微分。

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解题步骤 2.1.1.1

根据加法法则， $x^{3} + 36 x^{2}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [36 x^{2}]$ 。

$\frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [36 x^{2}]$

解题步骤 2.1.1.2

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 $n = 3$ 。

$3 x^{2} + \frac{d}{d x} [36 x^{2}]$

解题步骤 2.1.2

计算 $\frac{d}{d x} [36 x^{2}]$ 。

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解题步骤 2.1.2.1

因为 $36$ 对于 $x$ 是常数，所以 $36 x^{2}$ 对 $x$ 的导数是 $36 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ 。

$3 x^{2} + 36 \frac{d}{d x} [x^{2}]$

解题步骤 2.1.2.2

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 $n = 2$ 。

$3 x^{2} + 36 (2 x)$

解题步骤 2.1.2.3

将 $2$ 乘以 $36$ 。

$f' (x) = 3 x^{2} + 72 x$

解题步骤 2.2

求二阶导数。

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解题步骤 2.2.1

根据加法法则， $3 x^{2} + 72 x$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [3 x^{2}] + \frac{d}{d x} [72 x]$ 。

$\frac{d}{d x} [3 x^{2}] + \frac{d}{d x} [72 x]$

解题步骤 2.2.2

计算 $\frac{d}{d x} [3 x^{2}]$ 。

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解题步骤 2.2.2.1

因为 $3$ 对于 $x$ 是常数，所以 $3 x^{2}$ 对 $x$ 的导数是 $3 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ 。

$3 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [72 x]$

解题步骤 2.2.2.2

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 $n = 2$ 。

$3 (2 x) + \frac{d}{d x} [72 x]$

解题步骤 2.2.2.3

将 $2$ 乘以 $3$ 。

$6 x + \frac{d}{d x} [72 x]$

解题步骤 2.2.3

计算 $\frac{d}{d x} [72 x]$ 。

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解题步骤 2.2.3.1

因为 $72$ 对于 $x$ 是常数，所以 $72 x$ 对 $x$ 的导数是 $72 \frac{d}{d x} [x]$ 。

$6 x + 72 \frac{d}{d x} [x]$

解题步骤 2.2.3.2

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 $n = 1$ 。

$6 x + 72 \cdot 1$

解题步骤 2.2.3.3

将 $72$ 乘以 $1$ 。

$f'' (x) = 6 x + 72$

解题步骤 2.3

$f (x)$ 对 $x$ 的二阶导数是 $6 x + 72$ 。

$6 x + 72$

解题步骤 3

使二阶导数等于 $0$ ，然后求解方程 $6 x + 72 = 0$ 。

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解题步骤 3.1

将二阶导数设为等于 $0$ 。

$6 x + 72 = 0$

解题步骤 3.2

从等式两边同时减去 $72$ 。

$6 x = - 72$

解题步骤 3.3

将 $6 x = - 72$ 中的每一项除以 $6$ 并化简。

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解题步骤 3.3.1

将 $6 x = - 72$ 中的每一项都除以 $6$ 。

$\frac{6 x}{6} = \frac{- 72}{6}$

解题步骤 3.3.2

化简左边。

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解题步骤 3.3.2.1

约去 $6$ 的公因数。

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解题步骤 3.3.2.1.1

约去公因数。

$\frac{6 x}{6} = \frac{- 72}{6}$

解题步骤 3.3.2.1.2

用 $x$ 除以 $1$ 。

$x = \frac{- 72}{6}$

解题步骤 3.3.3

化简右边。

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解题步骤 3.3.3.1

用 $- 72$ 除以 $6$ 。

$x = - 12$

解题步骤 4

求二阶导数为 $0$ 的点。

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解题步骤 4.1

将 $- 12$ 代入 $f (x) = x^{3} + 36 x^{2}$ 以求 $y$ 的值。

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解题步骤 4.1.1

使用表达式中的 $- 12$ 替换变量 $x$ 。

$f (- 12) = {(- 12)}^{3} + 36 {(- 12)}^{2}$

解题步骤 4.1.2

化简结果。

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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 $- 12$ 进行 $3$ 次方运算。

$f (- 12) = - 1728 + 36 {(- 12)}^{2}$

解题步骤 4.1.2.1.2

对 $- 12$ 进行 $2$ 次方运算。

$f (- 12) = - 1728 + 36 \cdot 144$

解题步骤 4.1.2.1.3

将 $36$ 乘以 $144$ 。

$f (- 12) = - 1728 + 5184$

解题步骤 4.1.2.2

将 $- 1728$ 和 $5184$ 相加。

$f (- 12) = 3456$

解题步骤 4.1.2.3

最终答案为 $3456$ 。

$3456$

解题步骤 4.2

通过将 $- 12$ 代入 $f (x) = x^{3} + 36 x^{2}$ 中求得的点为 $(- 12, 3456)$ 。这个点可能是一个拐点。

$(- 12, 3456)$

解题步骤 5

分解 $(- \infty, \infty)$ 到各点周围的区间中，这些点有可能是拐点。

$(- \infty, - 12) \cup (- 12, \infty)$

解题步骤 6

将区间 $(- \infty, - 12)$ 中的一个值代入二阶导数以判断它是递增还是递减。

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解题步骤 6.1

使用表达式中的 $- 12.1$ 替换变量 $x$ 。

$f'' (- 12.1) = 6 (- 12.1) + 72$

解题步骤 6.2

化简结果。

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解题步骤 6.2.1

将 $6$ 乘以 $- 12.1$ 。

$f'' (- 12.1) = - 72.6 + 72$

解题步骤 6.2.2

将 $- 72.6$ 和 $72$ 相加。

$f'' (- 12.1) = - 0.6$

解题步骤 6.2.3

最终答案为 $- 0.6$ 。

$- 0.6$

解题步骤 6.3

在 $- 12.1$ ，二阶导数为 $- 0.6$ 。因为该值是负数，所以该二阶导数在区间 $(- \infty, - 12)$ 上递减

因为 $f'' (x) < 0$ ，所以在 $(- \infty, - 12)$ 上递减

解题步骤 7

将区间 $(- 12, \infty)$ 中的一个值代入二阶导数以判断它是递增还是递减。

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解题步骤 7.1

使用表达式中的 $- 11.9$ 替换变量 $x$ 。

$f'' (- 11.9) = 6 (- 11.9) + 72$

解题步骤 7.2

化简结果。

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解题步骤 7.2.1

将 $6$ 乘以 $- 11.9$ 。

$f'' (- 11.9) = - 71.4 + 72$

解题步骤 7.2.2

将 $- 71.4$ 和 $72$ 相加。

$f'' (- 11.9) = 0.6$

解题步骤 7.2.3

最终答案为 $0.6$ 。

$0.6$

解题步骤 7.3

在 $- 11.9$ 处，二阶导数为 $0.6$ 。由于其值为正，二阶导数在区间 $(- 12, \infty)$ 上递增。

因为 $f'' (x) > 0$ ，所以函数在 $(- 12, \infty)$ 上递增

解题步骤 8

曲线上的拐点是该曲线凹凸性符号由正变为负或由负变为正时的点。本例中，拐点为 $(- 12, 3456)$ 。

$(- 12, 3456)$

解题步骤 9

微积分学 示例

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