Question Number 81672 by zainal tanjung last updated on 14/Feb/20
$$\mathrm{If}\:{x}\:\in\:{R},\:\mathrm{the}\:\mathrm{least}\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the} \\ $$$$\mathrm{expression}\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}{x}+\mathrm{5}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:\mathrm{is} \\ $$
Commented by Kunal12588 last updated on 14/Feb/20
$${y}=\frac{\left({x}−\mathrm{5}\right)\left({x}−\mathrm{1}\right)}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left[\left({x}−\mathrm{5}\right)+\left({x}−\mathrm{1}\right)\right]−\left({x}−\mathrm{5}\right)\left({x}−\mathrm{1}\right)\left[\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)\right]}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\left({x}−\mathrm{3}\right)−\mathrm{2}\left({x}−\mathrm{5}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{2}\left[{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +{x}−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}{x}−\mathrm{3}−\left({x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{5}\right)\right]}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{4}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{x}−\mathrm{8}\right)}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{8}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}−\mathrm{2}\right)}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\Rightarrow\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{8}\left({x}−\mathrm{2}\right)\left({x}+\mathrm{1}\right)}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$${for}\:{max}\:{or}\:{min} \\ $$$$\frac{{dy}}{{dx}}=\mathrm{0}\Rightarrow{x}=\mathrm{2},\:{x}\neq−\mathrm{1} \\ $$$$\frac{{d}^{\mathrm{2}} {y}}{{dx}^{\mathrm{2}} }>\mathrm{0}\:{when}\:{x}=\mathrm{2} \\ $$$${y}_{{local}\:{min}} =\frac{\left(\mathrm{2}−\mathrm{5}\right)\left(\mathrm{2}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{2}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{−\mathrm{3}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}=−\mathrm{0}.\overline {\mathrm{3}} \\ $$
Commented by Tony Lin last updated on 14/Feb/20
$${let}\:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}{x}+\mathrm{5}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}={k} \\ $$$$\Rightarrow{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}{x}+\mathrm{5}={kx}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{kx}+{k} \\ $$$$\Rightarrow\left({k}−\mathrm{1}\right){x}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{6}\right){x}+\left({k}−\mathrm{5}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Delta=\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{6}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\left({k}−\mathrm{1}\right)\left({k}−\mathrm{5}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{k}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:{when}\:{x}=\mathrm{2} \\ $$$$\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{6}{x}+\mathrm{5}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{min} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 14/Feb/20
$${f}\left({x}\right)=\frac{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}−\mathrm{8}{x}+\mathrm{4}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{4}−\mathrm{8}{x}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{'} \left({x}\right)=−\mathrm{4}\left(\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\right)^{\left(\mathrm{1}\right)} =−\mathrm{4}\left(\frac{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)−\left(\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{2}\right)}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$=−\mathrm{4}×\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{x}+\mathrm{2}−\mathrm{4}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{x}+\mathrm{2}{x}+\mathrm{2}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }=−\mathrm{4}×\frac{−\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{4}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\mathrm{8}×\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}−\mathrm{2}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }\:{so}\:{f}^{'} \left({x}\right)=\mathrm{0}\:\Leftrightarrow{x}^{\mathrm{2}} −{x}−\mathrm{2}=\mathrm{0}\:{and}\:{x}\neq−\mathrm{1} \\ $$$$\Delta=\mathrm{1}−\mathrm{4}\left(−\mathrm{2}\right)=\mathrm{9}\:\Rightarrow{x}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}+\mathrm{3}}{\mathrm{2}}=\mathrm{2}\:{and}\:{x}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}−\mathrm{3}}{\mathrm{2}}=−\mathrm{1} \\ $$$${x}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\infty\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\infty \\ $$$${f}^{'} \:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mid\mid\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{0}\:\:\:\:\:\:\:+ \\ $$$${f}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{incr}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:{decr}\:\:\:\:\:{f}\left(\mathrm{2}\right)\:\:\:\:\:\:\:\:\:{incr} \\ $$$${inf}\:{f}\left({x}\right)\:={f}\left(\mathrm{2}\right)=\frac{\mathrm{4}−\mathrm{12}+\mathrm{5}}{\mathrm{4}+\mathrm{4}+\mathrm{1}}\:=\frac{−\mathrm{3}}{\mathrm{9}}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$ \\ $$