2019年11月28日木曜日

学習環境

微分積分学 (ちくま学芸文庫) (吉田 洋一(著)、筑摩書房)のⅢ.(平均値の定理)、演習問題Ⅲ、問6、7、8、9、10.の解答を求めてみる。


  1. f x = 3 x 4 - 4 x 3 - 12 x 2 + 5 f ' x = 12 x 3 - 12 x 2 - 24 x = 12 x x 2 - x - 2 = 12 x x - 2 x + 1 f - 1 = 3 + 4 - 12 + 5 = 0 f 0 = 5 f 2 = 48 - 32 - 48 + 5 = - 27

    よって極大値は5、 極小値は 0、-27。


  2. f x = x 2 - x + 2 x 2 + x + 2 f ' x = 2 x - 1 x 2 + x + 2 - x 2 - x + 2 2 x + 1 x 2 + x + 2 2 = 2 x 3 + x 2 + 3 x - 2 - 2 x 3 - x 2 + 3 x + 2 x 2 + x + 2 2 = 2 x 2 - 4 x 2 + x + 2 2 = 2 x - 2 x + 2 x 2 + x + 2 2 f - 2 = 2 + 2 + 2 2 - 2 + 2 = 4 + 2 4 - 2 = 18 + 8 2 16 - 2 = 9 + 4 2 7 f 2 = 9 - 4 2 7

    よって、 極大値は

    9 + 4 2 7

    極小値は

    9 - 4 2 7

  3. f x = x - 1 x - 2 2 3 f ' x = 1 3 x - 1 x - 2 2 x - 2 2 + x - 1 2 x - 2 = 1 3 x - 1 x - 2 3 x - 2 + 2 x - 1 = 1 3 x - 1 x - 2 3 3 x - 4 f 1 = 0 f 4 3 = 1 3 2 3 2 3 = 4 1 3 3 f 2 = 0

    よって極小値は0、極大値は

    4 1 3 3

  4. f x = 2 x 3 + 3 x 2 - 12 x - 10 f ' x = 6 x 2 + 6 x - 12 = 6 x 2 + x - 2 = 6 x + 2 x - 1 f - 2 = - 16 + 12 + 24 - 10 = 10 f 1 = 2 + 3 - 12 - 10 = - 17

    よって、 求める極大値は10、17。 極小値は0。


  5. f x = x 3 - 3 x + 8 f ' x = 3 x 2 - 3 = 3 x + 1 x - 1 f - 1 = - 1 + 3 + 8 = 10 f 1 = 1 - 3 + 8 = 6

    よって求める 極大値は10。 極小値は0、6。

コード

#!/usr/bin/env python3
from sympy import pprint, symbols, plot, root, sqrt

print('6.')

x = symbols('x')
fs = [3 * x ** 4 - 4 * x ** 3 - 12 * x ** 2 + 5,
      (x ** 2 - x + 2) / (x ** 2 + x + 2),
      root((x - 1) * (x - 2) ** 2, 3),
      abs(2 * x ** 3 + 3 * x ** 2 - 12 * x - 10),
      abs(x ** 3 - 3 * x + 8)]
cs = [5, 0, -27, (9 + 4 * sqrt(2)) / 7, (9 - 4 * sqrt(2)) /
      7, root(4, 3) / 3, 0, 10, 17, 0, 10, 0, 60, ]
p = plot(*fs,
         5, 0, -27, (9 + 4 * sqrt(2)) / 7, (9 - 4 * sqrt(2)) /
         7, root(4, 3) / 3, 0, 10, 17, 0, 10, 0, 60,
         (x, -4, 4),
         ylim=(-30, 20),
         legend=False,
         show=False)

colors = ['red', 'green', 'blue', 'brown', 'orange',
          'purple', 'pink', 'gray', 'skyblue', 'yellow']

for o, color in zip(p, colors):
    o.line_color = color

for o, color in zip(fs + cs, colors):
    print(o, color)

p.show()
p.save('sample6.png')

入出力結果(Zsh、cmd.exe(コマンドプロンプト)、Terminal、Jupyter(IPython))

% ./sample6.py
6.
3*x**4 - 4*x**3 - 12*x**2 + 5 red
(x**2 - x + 2)/(x**2 + x + 2) green
((x - 2)**2*(x - 1))**(1/3) blue
Abs(2*x**3 + 3*x**2 - 12*x - 10) brown
Abs(x**3 - 3*x + 8) orange
5 purple
0 pink
-27 gray
4*sqrt(2)/7 + 9/7 skyblue
9/7 - 4*sqrt(2)/7 yellow
%

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