Для того чтобы найти промежутки возрастания и убывания функции ( f(x) = x^3 - 4x^2 + 5x - 1 ), необходимо выполнить следующие шаги:
- Найти первую производную функции ( f(x) ):
Первая производная функции ( f(x) ) позволяет определить скорость изменения функции, то есть, где функция возрастает, а где убывает.
[ f'(x) = \frac{d}{dx}(x^3 - 4x^2 + 5x - 1) ]
Используя правила дифференцирования, получаем:
[ f'(x) = 3x^2 - 8x + 5 ]
- Найти критические точки:
Критические точки находятся, когда первая производная равна нулю или не существует. В данном случае, уравнение первой производной можно решить:
[ 3x^2 - 8x + 5 = 0 ]
Решим это квадратное уравнение с помощью дискриминанта ( D ):
[ D = b^2 - 4ac = (-8)^2 - 4 \cdot 3 \cdot 5 = 64 - 60 = 4 ]
Корни уравнения:
[ x_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{8 \pm \sqrt{4}}{6} = \frac{8 \pm 2}{6} ]
[ x_1 = \frac{10}{6} = \frac{5}{3}, \quad x_2 = \frac{6}{6} = 1 ]
Построить знак первой производной на промежутках:
Чтобы определить, где функция возрастает и убывает, посмотрим на знаки первой производной на промежутках, созданных критическими точками. У нас есть три промежутка: ( (-\infty, 1) ), ( (1, \frac{5}{3}) ) и ( (\frac{5}{3}, \infty) ).
Выберем произвольные точки из каждого промежутка и подставим их в первую производную ( f'(x) ):
Для промежутка ( (-\infty, 1) ): выберем точку ( x = 0 )
[ f'(0) = 3(0)^2 - 8(0) + 5 = 5 \quad (\text{положительное значение}) ]
Для промежутка ( (1, \frac{5}{3}) ): выберем точку ( x = 1.2 )
[ f'(1.2) = 3(1.2)^2 - 8(1.2) + 5 = 3(1.44) - 9.6 + 5 = 4.32 - 9.6 + 5 = -0.28 \quad (\text{отрицательное значение}) ]
Для промежутка ( (\frac{5}{3}, \infty) ): выберем точку ( x = 2 )
[ f'(2) = 3(2)^2 - 8(2) + 5 = 3(4) - 16 + 5 = 12 - 16 + 5 = 1 \quad (\text{положительное значение}) ]
Определить промежутки возрастания и убывания:
Из знаков первой производной можно сделать выводы о поведении функции:
- На промежутке ( (-\infty, 1) ), ( f'(x) > 0 ), то есть функция возрастает.
- На промежутке ( (1, \frac{5}{3}) ), ( f'(x) < 0 ), то есть функция убывает.
- На промежутке ( (\frac{5}{3}, \infty) ), ( f'(x) > 0 ), то есть функция возрастает.
Таким образом, функция ( f(x) = x^3 - 4x^2 + 5x - 1 ) возрастает на промежутках ( (-\infty, 1) ) и ( (\frac{5}{3}, \infty) ), и убывает на промежутке ( (1, \frac{5}{3}) ).