Δεύτερη παράγωγος της $$$\frac{1}{1 + e^{- x}}$$$

Βρείτε την πρώτη παράγωγο $$$\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{1 + e^{- x}}\right)$$$

Η συνάρτηση $$$\frac{1}{1 + e^{- x}}$$$ είναι η σύνθεση $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ των δύο συναρτήσεων $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$ και $$$g{\left(x \right)} = 1 + e^{- x}$$$.

Εφαρμόστε τον κανόνα της αλυσίδας $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{1 + e^{- x}}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\frac{1}{u}\right) \frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right)\right)}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα της δύναμης $$$\frac{d}{du} \left(u^{n}\right) = n u^{n - 1}$$$ με $$$n = -1$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\frac{1}{u}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right) = {\color{red}\left(- \frac{1}{u^{2}}\right)} \frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right)$$

Επιστροφή στην αρχική μεταβλητή:

$$- \frac{\frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right)}{{\color{red}\left(u\right)}^{2}} = - \frac{\frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right)}{{\color{red}\left(1 + e^{- x}\right)}^{2}}$$

Η παράγωγος του αθροίσματος/της διαφοράς είναι το άθροισμα/η διαφορά των παραγώγων:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1 + e^{- x}\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1\right) + \frac{d}{dx} \left(e^{- x}\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Η παράγωγος μιας σταθεράς είναι $$$0$$$:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(e^{- x}\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{{\color{red}\left(0\right)} + \frac{d}{dx} \left(e^{- x}\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Η συνάρτηση $$$e^{- x}$$$ είναι η σύνθεση $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ των δύο συναρτήσεων $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ και $$$g{\left(x \right)} = - x$$$.

Εφαρμόστε τον κανόνα της αλυσίδας $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(e^{- x}\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) \frac{d}{dx} \left(- x\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Η παράγωγος της εκθετικής συνάρτησης είναι $$$\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) = e^{u}$$$:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(- x\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{{\color{red}\left(e^{u}\right)} \frac{d}{dx} \left(- x\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Επιστροφή στην αρχική μεταβλητή:

$$- \frac{e^{{\color{red}\left(u\right)}} \frac{d}{dx} \left(- x\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{e^{{\color{red}\left(- x\right)}} \frac{d}{dx} \left(- x\right)}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασιαστή $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ με $$$c = -1$$$ και $$$f{\left(x \right)} = x$$$:

$$- \frac{e^{- x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(- x\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = - \frac{e^{- x} {\color{red}\left(- \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα δύναμης $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ με $$$n = 1$$$, δηλαδή $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$\frac{e^{- x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = \frac{e^{- x} {\color{red}\left(1\right)}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}}$$

Απλοποιήστε:

$$\frac{e^{- x}}{\left(1 + e^{- x}\right)^{2}} = \frac{1}{4 \cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Άρα, $$$\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{1 + e^{- x}}\right) = \frac{1}{4 \cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$$.

Στη συνέχεια, $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\frac{1}{1 + e^{- x}}\right) = \frac{d}{dx} \left(\frac{1}{4 \cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right)$$$

Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασιαστή $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ με $$$c = \frac{1}{4}$$$ και $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{\cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{4 \cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{\cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right)}{4}\right)}$$

Η συνάρτηση $$$\frac{1}{\cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$$ είναι η σύνθεση $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ των δύο συναρτήσεων $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2}}$$$ και $$$g{\left(x \right)} = \cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$.

Εφαρμόστε τον κανόνα της αλυσίδας $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$$\frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{\cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right)\right)}}{4} = \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\frac{1}{u^{2}}\right) \frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)\right)}}{4}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα της δύναμης $$$\frac{d}{du} \left(u^{n}\right) = n u^{n - 1}$$$ με $$$n = -2$$$:

$$\frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\frac{1}{u^{2}}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)}{4} = \frac{{\color{red}\left(- \frac{2}{u^{3}}\right)} \frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)}{4}$$

Επιστροφή στην αρχική μεταβλητή:

$$- \frac{\frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)}{2 {\color{red}\left(u\right)}^{3}} = - \frac{\frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)}{2 {\color{red}\left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)}^{3}}$$

Η συνάρτηση $$$\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$ είναι η σύνθεση $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ των δύο συναρτήσεων $$$f{\left(u \right)} = \cosh{\left(u \right)}$$$ και $$$g{\left(x \right)} = \frac{x}{2}$$$.

Εφαρμόστε τον κανόνα της αλυσίδας $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\cosh{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)\right)}}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}} = - \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\cosh{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)\right)}}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Η παράγωγος του υπερβολικού συνημιτόνου είναι $$$\frac{d}{du} \left(\cosh{\left(u \right)}\right) = \sinh{\left(u \right)}$$$:

$$- \frac{{\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\cosh{\left(u \right)}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}} = - \frac{{\color{red}\left(\sinh{\left(u \right)}\right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Επιστροφή στην αρχική μεταβλητή:

$$- \frac{\sinh{\left({\color{red}\left(u\right)} \right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}} = - \frac{\sinh{\left({\color{red}\left(\frac{x}{2}\right)} \right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασιαστή $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ με $$$c = \frac{1}{2}$$$ και $$$f{\left(x \right)} = x$$$:

$$- \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{x}{2}\right)\right)}}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}} = - \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)} {\color{red}\left(\frac{\frac{d}{dx} \left(x\right)}{2}\right)}}{2 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα δύναμης $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ με $$$n = 1$$$, δηλαδή $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$- \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}}{4 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}} = - \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)} {\color{red}\left(1\right)}}{4 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$

Άρα, $$$\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{4 \cosh^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right) = - \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)}}{4 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$$.

Επομένως, $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\frac{1}{1 + e^{- x}}\right) = - \frac{\sinh{\left(\frac{x}{2} \right)}}{4 \cosh^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}$$$.