Cálculo Ejemplos

$f (x) = \sin^{2} (x)$

Paso 1

Obtén la primera derivada de la función.

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Paso 1.1

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{2}$ y $g (x) = \sin (x)$ .

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Paso 1.1.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $\sin (x)$ .

$\frac{d}{d u} [u^{2}] \frac{d}{d x} [\sin (x)]$

Paso 1.1.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ es $n u^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

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

Paso 1.1.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $\sin (x)$ .

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

Paso 1.2

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

$2 \sin (x) \cos (x)$

Paso 1.3

Simplifica.

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Paso 1.3.1

Reordena los factores de $2 \sin (x) \cos (x)$ .

$2 \cos (x) \sin (x)$

Paso 1.3.2

Reordena $2 \cos (x)$ y $\sin (x)$ .

$\sin (x) (2 \cos (x))$

Paso 1.3.3

Reordena $\sin (x)$ y $2$ .

$2 \cdot \sin (x) \cos (x)$

Paso 1.3.4

Aplica la razón del ángulo doble sinusoidal.

$\sin (2 x)$

Paso 2

Obtén la segunda derivada de la función.

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Paso 2.1

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 $g (x) = 2 x$ .

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Paso 2.1.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $2 x$ .

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

Paso 2.1.2

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

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

Paso 2.1.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $2 x$ .

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

Paso 2.2

Diferencia.

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Paso 2.2.1

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

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

Paso 2.2.2

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

$f'' (x) = \cos (2 x) (2 \cdot 1)$

Paso 2.2.3

Simplifica la expresión.

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Paso 2.2.3.1

Multiplica $2$ por $1$ .

$f'' (x) = \cos (2 x) \cdot 2$

Paso 2.2.3.2

Mueve $2$ a la izquierda de $\cos (2 x)$ .

$f'' (x) = 2 \cos (2 x)$

Paso 3

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

$\sin (2 x) = 0$

Paso 4

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

$2 x = \arcsin (0)$

Paso 5

Simplifica el lado derecho.

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Paso 5.1

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

$2 x = 0$

Paso 6

Divide cada término en $2 x = 0$ por $2$ y simplifica.

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Paso 6.1

Divide cada término en $2 x = 0$ por $2$ .

$\frac{2 x}{2} = \frac{0}{2}$

Paso 6.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 6.2.1

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 6.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{2 x}{2} = \frac{0}{2}$

Paso 6.2.1.2

Divide $x$ por $1$ .

$x = \frac{0}{2}$

Paso 6.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 6.3.1

Divide $0$ por $2$ .

$x = 0$

Paso 7

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.

$2 x = π - 0$

Paso 8

Resuelve $x$

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Paso 8.1

Simplifica.

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Paso 8.1.1

Multiplica $- 1$ por $0$ .

$2 x = π + 0$

Paso 8.1.2

Suma $π$ y $0$ .

$2 x = π$

Paso 8.2

Divide cada término en $2 x = π$ por $2$ y simplifica.

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Paso 8.2.1

Divide cada término en $2 x = π$ por $2$ .

$\frac{2 x}{2} = \frac{π}{2}$

Paso 8.2.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 8.2.2.1

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 8.2.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{2 x}{2} = \frac{π}{2}$

Paso 8.2.2.1.2

Divide $x$ por $1$ .

$x = \frac{π}{2}$

Paso 9

La solución a la ecuación $2 x = 0$ .

$x = 0, \frac{π}{2}$

Paso 10

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.

$2 \cos (2 (0))$

Paso 11

Evalúa la segunda derivada.

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Paso 11.1

Multiplica $2$ por $0$ .

$2 \cos (0)$

Paso 11.2

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

$2 \cdot 1$

Paso 11.3

Multiplica $2$ por $1$ .

$2$

Paso 12

$x = 0$ 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 13

Obtén el valor de y cuando $x = 0$ .

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Paso 13.1

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

$f (0) = \sin^{2} (0)$

Paso 13.2

Simplifica el resultado.

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Paso 13.2.1

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

$f (0) = 0^{2}$

Paso 13.2.2

Elevar $0$ a cualquier potencia positiva da como resultado $0$ .

$f (0) = 0$

Paso 13.2.3

La respuesta final es $0$ .

$y = 0$

Paso 14

Evalúa la segunda derivada en $x = \frac{π}{2}$ . Si la segunda derivada es positiva, entonces este es un mínimo local. Si es negativa, entonces este es un máximo local.

$2 \cos (2 (\frac{π}{2}))$

Paso 15

Evalúa la segunda derivada.

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Paso 15.1

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 15.1.1

Cancela el factor común.

$2 \cos (2 \frac{π}{2})$

Paso 15.1.2

Reescribe la expresión.

$2 \cos (π)$

Paso 15.2

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.

$2 (- \cos (0))$

Paso 15.3

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

$2 (- 1 \cdot 1)$

Paso 15.4

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

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Paso 15.4.1

Multiplica $- 1$ por $1$ .

$2 \cdot - 1$

Paso 15.4.2

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$- 2$

Paso 16

$x = \frac{π}{2}$ es un máximo local porque el valor de la segunda derivada es negativo. Esto se conoce como prueba de la segunda derivada

$x = \frac{π}{2}$ es un máximo local

Paso 17

Obtén el valor de y cuando $x = \frac{π}{2}$ .

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Paso 17.1

Reemplaza la variable $x$ con $\frac{π}{2}$ en la expresión.

$f (\frac{π}{2}) = \sin^{2} (\frac{π}{2})$

Paso 17.2

Simplifica el resultado.

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Paso 17.2.1

El valor exacto de $\sin (\frac{π}{2})$ es $1$ .

$f (\frac{π}{2}) = 1^{2}$

Paso 17.2.2

Uno elevado a cualquier potencia es uno.

$f (\frac{π}{2}) = 1$

Paso 17.2.3

La respuesta final es $1$ .

$y = 1$

Paso 18

Estos son los extremos locales de $f (x) = \sin^{2} (x)$ .

$(0, 0)$ es un mínimo local

$(\frac{π}{2}, 1)$ es un máximo local

Paso 19