Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 04. 11. 2014 03:05

stuart clark
Příspěvky: 1015
Reputace:   
 

maximum value

Maximum value of $f(x) = \frac{x^4-x^2}{x^6+2x^3-1}\;,$ Where $x>1$

Offline

 

#2 17. 01. 2015 11:02

Pavel
Místo: Ostrava/Rychvald
Příspěvky: 1828
Škola: OU
Pozice: EkF VŠB-TUO
Reputace:   135 
 

Re: maximum value

↑ stuart clark:

$\mathrm{Dom}_f=\mathbb{R}\setminus\{\sqrt[3]{-1\pm\sqrt 2}\}$. Both numbers  where the function f is not defined are less than 1, so f is a continous function for $x>1$. Let us find the derivative of f:

$
f'(x)=\frac{-2x(x^8-2x^6-x^5-x^3+2x^2-1)}{(x^6+2x^3-1)^2}
$

Let us denote $P(x)=x^8-2x^6-x^5-x^3+2x^2-1$. Then the complex numbers $\mathrm i$ and $-\mathrm i$ are roots of $P(x)$, therefore $x^2+1$ divides $P(x)$ and

$
P(x)=(x^2+1)\cdot Q(x),\quad Q(x)=x^6-3x^4-x^3+3x^2-1.
$

The equation $Q(x)=0$ is an algebraic reciprocal equation. Let us divide it by $x^3$ and modify it in the following way:

$
Q(x)&=0\\
x^3-3x-1+\frac 3x-\frac 1{x^3}&=0\\
\left(x^3-3x+\frac 3x-\frac 1{x^3}\right)-1&=0\\
\left(x-\frac 1x\right)^3-1&=0
$

The equation has only two real roots: $x_1=\frac 12(1+\sqrt 5)$ and $x_2=\frac 12(1-\sqrt 5)$. Therefore $Q(x)$ is divisible by $x^2-x-1$ and

$
Q(x)=(x^2-x-1)\cdot R(x),\quad R(x)=x^4+x^3-x^2-x+1,
$

moreover $R(x)$ has no real roots and $R(x)>0$ for $x>1$.

Using the previous results we can express the derivative f' in the following way:

$
f'(x)=\frac{-2x(x^2+1)(x^2-x-1)R(x)}{(x^6+2x^3-1)^2}
$

If $x>1$ then there is only one stationary point, $\color{blue}{x_0=\frac 12(1+\sqrt 5)}$. Since $f'(x)$ is positive on $(1,x_0)$ and negative on $(x_0,+\infty)$, the point $x_0$ is a global maximum of $f$ on $(1,+\infty)$. Finally,

$
\color{blue}\max_{x\in(1,+\infty)}\frac{x^4-x^2}{x^6+2x^3-1}=f(x_0)=\frac 16.
$


Backslash je v TeXu tak důležitý jako nekonečno při dělení nulou v tělesech charakteristiky 0.

Offline

 

#3 22. 01. 2015 09:28

stuart clark
Příspěvky: 1015
Reputace:   
 

Re: maximum value

↑ Pavel: Thanku pavel for Nice explanation.

My Solution ::

Given $\displaystyle f(x) = \frac{x^4-x^2}{x^6+2x^3-1}\;,$ Where $x>1$

So We can Simplify $\displaystyle f(x) = \frac{x^4-x^2}{x^6+2x^3-1} = \frac{x^3\cdot \left(x-\frac{1}{x}\right)}{x^3\cdot \left(x^3-\frac{1}{x^3}\right)+2} = \frac{\left(x-\frac{1}{x}\right)}{\left(x^3-\frac{1}{x^3}\right)+2}$

Now Let $u = \left(x-\frac{1}{x}\right)>0\;,\left(x^3-\frac{1}{x^3}\right) = \left(x-\frac{1}{x}\right)^3+3\left(x-\frac{1}{x}\right)\;,x>1.$

So $\displaystyle f(u) = \frac{u}{u^3+3u+2}=\frac{u}{u^3+u+u+u+1+1}\leq \frac{u}{6\sqrt[6]{u^3\cdot u \cdot \cdot u \cdot u\cdot 1\cdot 1}} = \frac{1}{6}$

Using $\bf{A.M\geq G.M}$ and above equality hold when $\displaystyle u = 1\Rightarrow \left(x-\frac{1}{x}\right) = 1\Rightarrow x= \frac{\sqrt{5}+1}{2}$

Offline

 

#4 22. 01. 2015 09:57

Pavel
Místo: Ostrava/Rychvald
Příspěvky: 1828
Škola: OU
Pozice: EkF VŠB-TUO
Reputace:   135 
 

Re: maximum value

↑ stuart clark:

Nice solution. I suspected that mean inequalities were an appropriate tool to solve the problem. However, I did not find the right modification of the fraction.


Backslash je v TeXu tak důležitý jako nekonečno při dělení nulou v tělesech charakteristiky 0.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson