Cálculo Ejemplos

$- 2 \cos (\frac{5}{4} x)$

Paso 1

Obtén la primera derivada de la función.

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Paso 1.1

Diferencia con la regla del múltiplo constante.

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Paso 1.1.1

Combina $\frac{5}{4}$ y $x$ .

$\frac{d}{d x} [- 2 \cos (\frac{5 x}{4})]$

Paso 1.1.2

Como $- 2$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- 2 \cos (\frac{5 x}{4})$ con respecto a $x$ es $- 2 \frac{d}{d x} [\cos (\frac{5 x}{4})]$ .

$- 2 \frac{d}{d x} [\cos (\frac{5 x}{4})]$

Paso 1.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = \cos (x)$ y $g (x) = \frac{5 x}{4}$ .

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Paso 1.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $\frac{5 x}{4}$ .

$- 2 (\frac{d}{d u} [\cos (u)] \frac{d}{d x} [\frac{5 x}{4}])$

Paso 1.2.2

La derivada de $\cos (u)$ con respecto a $u$ es $- \sin (u)$ .

$- 2 (- \sin (u) \frac{d}{d x} [\frac{5 x}{4}])$

Paso 1.2.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $\frac{5 x}{4}$ .

$- 2 (- \sin (\frac{5 x}{4}) \frac{d}{d x} [\frac{5 x}{4}])$

Paso 1.3

Diferencia.

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Paso 1.3.1

Multiplica $- 1$ por $- 2$ .

$2 (\sin (\frac{5 x}{4}) \frac{d}{d x} [\frac{5 x}{4}])$

Paso 1.3.2

Como $\frac{5}{4}$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $\frac{5 x}{4}$ con respecto a $x$ es $\frac{5}{4} \frac{d}{d x} [x]$ .

$2 \sin (\frac{5 x}{4}) (\frac{5}{4} \frac{d}{d x} [x])$

Paso 1.3.3

Simplifica los términos.

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Paso 1.3.3.1

Combina $\frac{5}{4}$ y $2$ .

$\frac{5 \cdot 2}{4} \sin (\frac{5 x}{4}) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.2

Multiplica $5$ por $2$ .

$\frac{10}{4} \sin (\frac{5 x}{4}) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.3

Combina $\frac{10}{4}$ y $\sin (\frac{5 x}{4})$ .

$\frac{10 \sin (\frac{5 x}{4})}{4} \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.4

Cancela el factor común de $10$ y $4$ .

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Paso 1.3.3.4.1

Factoriza $2$ de $10 \sin (\frac{5 x}{4})$ .

$\frac{2 (5 \sin (\frac{5 x}{4}))}{4} \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.4.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 1.3.3.4.2.1

Factoriza $2$ de $4$ .

$\frac{2 (5 \sin (\frac{5 x}{4}))}{2 (2)} \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.4.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{2 (5 \sin (\frac{5 x}{4}))}{2 \cdot 2} \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.3.4.2.3

Reescribe la expresión.

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2} \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.3.4

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2} \cdot 1$

Paso 1.3.5

Multiplica $\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2}$ por $1$ .

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2}$

Paso 2

Obtén la segunda derivada de la función.

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Paso 2.1

Como $\frac{5}{2}$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2}$ con respecto a $x$ es $\frac{5}{2} \frac{d}{d x} [\sin (\frac{5 x}{4})]$ .

$f'' (x) = \frac{5}{2} \cdot \frac{d}{d x} (\sin (\frac{5 x}{4}))$

Paso 2.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = \sin (x)$ y $g (x) = \frac{5 x}{4}$ .

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Paso 2.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $\frac{5 x}{4}$ .

$f'' (x) = \frac{5}{2} \cdot (\frac{d}{d u} (\sin (u)) \frac{d}{d x} (\frac{5 x}{4}))$

Paso 2.2.2

La derivada de $\sin (u)$ con respecto a $u$ es $\cos (u)$ .

$f'' (x) = \frac{5}{2} \cdot (\cos (u) \frac{d}{d x} (\frac{5 x}{4}))$

Paso 2.2.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $\frac{5 x}{4}$ .

$f'' (x) = \frac{5}{2} \cdot (\cos (\frac{5 x}{4}) \frac{d}{d x} (\frac{5 x}{4}))$

Paso 2.3

Diferencia.

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Paso 2.3.1

Combina $\cos (\frac{5 x}{4})$ y $\frac{5}{2}$ .

$f'' (x) = \frac{\cos (\frac{5 x}{4}) \cdot 5}{2} \cdot \frac{d}{d x} (\frac{5 x}{4})$

Paso 2.3.2

Mueve $5$ a la izquierda de $\cos (\frac{5 x}{4})$ .

$f'' (x) = \frac{5 \cdot \cos (\frac{5 x}{4})}{2} \cdot \frac{d}{d x} (\frac{5 x}{4})$

Paso 2.3.3

Como $\frac{5}{4}$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $\frac{5 x}{4}$ con respecto a $x$ es $\frac{5}{4} \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = \frac{5 \cos (\frac{5 x}{4})}{2} \cdot (\frac{5}{4} \cdot \frac{d}{d x} (x))$

Paso 2.3.4

Combina fracciones.

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Paso 2.3.4.1

Multiplica $\frac{5}{4}$ por $\frac{5 \cos (\frac{5 x}{4})}{2}$ .

$f'' (x) = \frac{5 (5 \cos (\frac{5 x}{4}))}{4 \cdot 2} \cdot \frac{d}{d x} (x)$

Paso 2.3.4.2

Multiplica.

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Paso 2.3.4.2.1

Multiplica $5$ por $5$ .

$f'' (x) = \frac{25 \cos (\frac{5 x}{4})}{4 \cdot 2} \cdot \frac{d}{d x} (x)$

Paso 2.3.4.2.2

Multiplica $4$ por $2$ .

$f'' (x) = \frac{25 \cos (\frac{5 x}{4})}{8} \cdot \frac{d}{d x} (x)$

Paso 2.3.5

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$f'' (x) = \frac{25 \cos (\frac{5 x}{4})}{8} \cdot 1$

Paso 2.3.6

Multiplica $\frac{25 \cos (\frac{5 x}{4})}{8}$ por $1$ .

$f'' (x) = \frac{25 \cos (\frac{5 x}{4})}{8}$

Paso 3

Para obtener los valores mínimo y máximo locales de la función, establece la derivada igual a $0$ y resuelve.

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{2} = 0$

Paso 4

Establece el numerador igual a cero.

$5 \sin (\frac{5 x}{4}) = 0$

Paso 5

Resuelve la ecuación en $x$ .

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Paso 5.1

Divide cada término en $5 \sin (\frac{5 x}{4}) = 0$ por $5$ y simplifica.

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Paso 5.1.1

Divide cada término en $5 \sin (\frac{5 x}{4}) = 0$ por $5$ .

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{5} = \frac{0}{5}$

Paso 5.1.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 5.1.2.1

Cancela el factor común de $5$ .

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Paso 5.1.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{5 \sin (\frac{5 x}{4})}{5} = \frac{0}{5}$

Paso 5.1.2.1.2

Divide $\sin (\frac{5 x}{4})$ por $1$ .

$\sin (\frac{5 x}{4}) = \frac{0}{5}$

Paso 5.1.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 5.1.3.1

Divide $0$ por $5$ .

$\sin (\frac{5 x}{4}) = 0$

Paso 5.2

Resta la inversa de seno de ambos lados de la ecuación para extraer $x$ del interior de seno.

$\frac{5 x}{4} = \arcsin (0)$

Paso 5.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 5.3.1

El valor exacto de $\arcsin (0)$ es $0$ .

$\frac{5 x}{4} = 0$

Paso 5.4

Establece el numerador igual a cero.

$5 x = 0$

Paso 5.5

Divide cada término en $5 x = 0$ por $5$ y simplifica.

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Paso 5.5.1

Divide cada término en $5 x = 0$ por $5$ .

$\frac{5 x}{5} = \frac{0}{5}$

Paso 5.5.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 5.5.2.1

Cancela el factor común de $5$ .

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Paso 5.5.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{5 x}{5} = \frac{0}{5}$

Paso 5.5.2.1.2

Divide $x$ por $1$ .

$x = \frac{0}{5}$

Paso 5.5.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 5.5.3.1

Divide $0$ por $5$ .

$x = 0$

Paso 5.6

La función seno es positiva en el primer y el segundo cuadrante. Para obtener la segunda solución, resta el ángulo de referencia de $π$ para obtener la solución en el segundo cuadrante.

$\frac{5 x}{4} = π - 0$

Paso 5.7

Resuelve $x$

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Paso 5.7.1

Multiplica ambos lados de la ecuación por $\frac{4}{5}$ .

$\frac{4}{5} \cdot \frac{5 x}{4} = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2

Simplifica ambos lados de la ecuación.

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Paso 5.7.2.1

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 5.7.2.1.1

Simplifica $\frac{4}{5} \cdot \frac{5 x}{4}$ .

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Paso 5.7.2.1.1.1

Cancela el factor común de $4$ .

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Paso 5.7.2.1.1.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{4}{5} \cdot \frac{5 x}{4} = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2.1.1.1.2

Reescribe la expresión.

$\frac{1}{5} (5 x) = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2.1.1.2

Cancela el factor común de $5$ .

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Paso 5.7.2.1.1.2.1

Factoriza $5$ de $5 x$ .

$\frac{1}{5} (5 (x)) = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2.1.1.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{1}{5} (5 x) = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2.1.1.2.3

Reescribe la expresión.

$x = \frac{4}{5} (π - 0)$

Paso 5.7.2.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 5.7.2.2.1

Simplifica $\frac{4}{5} (π - 0)$ .

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Paso 5.7.2.2.1.1

Resta $0$ de $π$ .

$x = \frac{4}{5} π$

Paso 5.7.2.2.1.2

Combina $\frac{4}{5}$ y $π$ .

$x = \frac{4 π}{5}$

Paso 5.8

La solución a la ecuación $\frac{5 x}{4} = 0$ .

$x = 0, \frac{4 π}{5}$

Paso 6

Evalúa la segunda derivada en $x = 0$ . Si la segunda derivada es positiva, entonces este es un mínimo local. Si es negativa, entonces este es un máximo local.

$\frac{25 \cos (\frac{5 (0)}{4})}{8}$

Paso 7

Evalúa la segunda derivada.

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Paso 7.1

Cancela el factor común de $0$ y $4$ .

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Paso 7.1.1

Factoriza $4$ de $5 (0)$ .

$\frac{25 \cos (\frac{4 (5 \cdot (0))}{4})}{8}$

Paso 7.1.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 7.1.2.1

Factoriza $4$ de $4$ .

$\frac{25 \cos (\frac{4 (5 \cdot (0))}{4 (1)})}{8}$

Paso 7.1.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{25 \cos (\frac{4 (5 \cdot (0))}{4 \cdot 1})}{8}$

Paso 7.1.2.3

Reescribe la expresión.

$\frac{25 \cos (\frac{5 \cdot (0)}{1})}{8}$

Paso 7.1.2.4

Divide $5 \cdot (0)$ por $1$ .

$\frac{25 \cos (5 \cdot (0))}{8}$

Paso 7.2

Simplifica el numerador.

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Paso 7.2.1

Multiplica $5$ por $0$ .

$\frac{25 \cos (0)}{8}$

Paso 7.2.2

El valor exacto de $\cos (0)$ es $1$ .

$\frac{25 \cdot 1}{8}$

Paso 7.3

Multiplica $25$ por $1$ .

$\frac{25}{8}$

Paso 8

$x = 0$ es un mínimo local porque el valor de la segunda derivada es positivo. Esto se conoce como prueba de la segunda derivada.

$x = 0$ es un mínimo local

Paso 9

Obtén el valor de y cuando $x = 0$ .

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Paso 9.1

Reemplaza la variable $x$ con $0$ en la expresión.

$f (0) = - 2 \cos (\frac{5}{4} \cdot (0))$

Paso 9.2

Simplifica el resultado.

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Paso 9.2.1

Multiplica $\frac{5}{4}$ por $0$ .

$f (0) = - 2 \cos (0)$

Paso 9.2.2

El valor exacto de $\cos (0)$ es $1$ .

$f (0) = - 2 \cdot 1$

Paso 9.2.3

Multiplica $- 2$ por $1$ .

$f (0) = - 2$

Paso 9.2.4

La respuesta final es $- 2$ .

$y = - 2$

Paso 10

Evalúa la segunda derivada en $x = \frac{4 π}{5}$ . Si la segunda derivada es positiva, entonces este es un mínimo local. Si es negativa, entonces este es un máximo local.

$\frac{25 \cos (\frac{5 (\frac{4 π}{5})}{4})}{8}$

Paso 11

Evalúa la segunda derivada.

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Paso 11.1

Combina $5$ y $\frac{4 π}{5}$ .

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{5 (4 π)}{5}}{4})}{8}$

Paso 11.2

Multiplica $5$ por $4$ .

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{20 π}{5}}{4})}{8}$

Paso 11.3

Reduce la expresión mediante la cancelación de los factores comunes.

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Paso 11.3.1

Reduce la expresión $\frac{20 π}{5}$ mediante la cancelación de los factores comunes.

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Paso 11.3.1.1

Factoriza $5$ de $20 π$ .

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{5 (4 π)}{5}}{4})}{8}$

Paso 11.3.1.2

Factoriza $5$ de $5$ .

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{5 (4 π)}{5 (1)}}{4})}{8}$

Paso 11.3.1.3

Cancela el factor común.

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{5 (4 π)}{5 \cdot 1}}{4})}{8}$

Paso 11.3.1.4

Reescribe la expresión.

$\frac{25 \cos (\frac{\frac{4 π}{1}}{4})}{8}$

Paso 11.3.2

Divide $4 π$ por $1$ .

$\frac{25 \cos (\frac{4 π}{4})}{8}$

Paso 11.4

Simplifica el numerador.

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Paso 11.4.1

Cancela el factor común de $4$ .

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Paso 11.4.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{25 \cos (\frac{4 π}{4})}{8}$

Paso 11.4.1.2

Divide $π$ por $1$ .

$\frac{25 \cos (π)}{8}$

Paso 11.4.2

Aplica el ángulo de referencia mediante la búsqueda del ángulo con valores trigonométricos equivalentes en el primer cuadrante. Haz que la expresión sea negativa porque el coseno es negativo en el segundo cuadrante.

$\frac{25 (- \cos (0))}{8}$

Paso 11.4.3

El valor exacto de $\cos (0)$ es $1$ .

$\frac{25 (- 1 \cdot 1)}{8}$

Paso 11.4.4

Multiplica $- 1$ por $1$ .

$\frac{25 \cdot - 1}{8}$

Paso 11.5

Simplifica la expresión.

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Paso 11.5.1

Multiplica $25$ por $- 1$ .

$\frac{- 25}{8}$

Paso 11.5.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$- \frac{25}{8}$

Paso 12

$x = \frac{4 π}{5}$ es un máximo local porque el valor de la segunda derivada es negativo. Esto se conoce como prueba de la segunda derivada

$x = \frac{4 π}{5}$ es un máximo local

Paso 13

Obtén el valor de y cuando $x = \frac{4 π}{5}$ .

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Paso 13.1

Reemplaza la variable $x$ con $\frac{4 π}{5}$ en la expresión.

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (\frac{5}{4} \cdot (\frac{4 π}{5}))$

Paso 13.2

Simplifica el resultado.

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Paso 13.2.1

Cancela el factor común de $5$ .

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Paso 13.2.1.1

Cancela el factor común.

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (\frac{5}{4} \cdot \frac{4 π}{5})$

Paso 13.2.1.2

Reescribe la expresión.

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (\frac{1}{4} \cdot (4 π))$

Paso 13.2.2

Cancela el factor común de $4$ .

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Paso 13.2.2.1

Factoriza $4$ de $4 π$ .

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (\frac{1}{4} \cdot (4 (π)))$

Paso 13.2.2.2

Cancela el factor común.

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (\frac{1}{4} \cdot (4 π))$

Paso 13.2.2.3

Reescribe la expresión.

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cos (π)$

Paso 13.2.3

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 (- \cos (0))$

Paso 13.2.4

El valor exacto de $\cos (0)$ es $1$ .

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 (- 1 \cdot 1)$

Paso 13.2.5

Multiplica $- 2 (- 1 \cdot 1)$ .

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Paso 13.2.5.1

Multiplica $- 1$ por $1$ .

$f (\frac{4 π}{5}) = - 2 \cdot - 1$

Paso 13.2.5.2

Multiplica $- 2$ por $- 1$ .

$f (\frac{4 π}{5}) = 2$

Paso 13.2.6

La respuesta final es $2$ .

$y = 2$

Paso 14

Estos son los extremos locales de $f (x) = - 2 \cos (\frac{5}{4} x)$ .

$(0, - 2)$ es un mínimo local

$(\frac{4 π}{5}, 2)$ es un máximo local

Paso 15