Для построения графика функции ( y = -x^3 + 4x^2 - 4x ), следует выполнить несколько шагов, которые помогут понять свойства функции и правильно изобразить её график.
1. Найдите нули функции
Чтобы найти нули функции, решим уравнение:
[
-x^3 + 4x^2 - 4x = 0
]
Вынесем ( x ) за скобки:
[
x(-x^2 + 4x - 4) = 0
]
Итак, один из корней — это ( x = 0 ).
Теперь решим квадратное уравнение:
[
-x^2 + 4x - 4 = 0
]
Домножим на -1 для удобства:
[
x^2 - 4x + 4 = 0
]
Это уравнение можно представить как полный квадрат:
[
(x - 2)^2 = 0
]
Таким образом, ( x = 2 ) — корень кратности 2.
Итак, нули функции: ( x = 0 ) и ( x = 2 ) (кратности 2).
2. Найдите производную функции
Производная функции поможет определить интервалы возрастания и убывания, а также найти экстремумы.
[
y' = \frac{d}{dx}(-x^3 + 4x^2 - 4x) = -3x^2 + 8x - 4
]
3. Найдите критические точки
Решим уравнение:
[
-3x^2 + 8x - 4 = 0
]
Можно воспользоваться дискриминантом:
[
D = 8^2 - 4 \cdot (-3) \cdot (-4) = 64 - 48 = 16
]
Корни уравнения:
[
x_{1,2} = \frac{-8 \pm \sqrt{16}}{-6} = \frac{-8 \pm 4}{-6}
]
[
x_1 = \frac{-8 + 4}{-6} = \frac{-4}{-6} = \frac{2}{3}, \quad x_2 = \frac{-8 - 4}{-6} = \frac{-12}{-6} = 2
]
4. Определите интервалы возрастания и убывания
Проверим знак производной на интервалах, определённых критическими точками:
- ( (-\infty, \frac{2}{3}) )
- ( (\frac{2}{3}, 2) )
- ( (2, \infty) )
Возьмём пробные точки на каждом интервале и подставим в производную:
- На интервале ((- \infty, \frac{2}{3})), пусть ( x = 0 ): ( y'(0) = -4 ). Производная отрицательна, функция убывает.
- На интервале ((\frac{2}{3}, 2)), пусть ( x = 1 ): ( y'(1) = 1 ). Производная положительна, функция возрастает.
- На интервале ( (2, \infty) ), пусть ( x = 3 ): ( y'(3) = -11 ). Производная отрицательна, функция убывает.
5. Найдите значения функции в критических точках
- ( y\left(\frac{2}{3}\right) = -\left(\frac{2}{3}\right)^3 + 4\left(\frac{2}{3}\right)^2 - 4\left(\frac{2}{3}\right) )
- ( y(2) = -2^3 + 4 \cdot 2^2 - 4 \cdot 2 = 0 )
6. Постройте график
- Нули: ( x = 0 ) и ( x = 2 ).
- Критические точки: ( x = \frac{2}{3} ) (локальный минимум) и ( x = 2 ) (точка перегиба).
- Функция убывает на интервалах ((-\infty, \frac{2}{3})) и ((2, \infty)), возрастает на ((\frac{2}{3}, 2)).
Теперь, зная все эти свойства, можно построить график функции, который будет иметь форму кубической параболы с точками перегиба и экстремумами в указанных критических точках.