Cálculo Ejemplos

$f (x) = \frac{3}{x - 5}$

Paso 1

Find the $x$ values where the second derivative is equal to $0$ .

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Paso 1.1

Obtener la segunda derivada.

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Paso 1.1.1

Obtén la primera derivada.

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Paso 1.1.1.1

Diferencia con la regla del múltiplo constante.

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Paso 1.1.1.1.1

Como $3$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $\frac{3}{x - 5}$ con respecto a $x$ es $3 \frac{d}{d x} [\frac{1}{x - 5}]$ .

$f' (x) = 3 \frac{d}{d x} (\frac{1}{x - 5})$

Paso 1.1.1.1.2

Reescribe $\frac{1}{x - 5}$ como ${(x - 5)}^{- 1}$ .

$f' (x) = 3 \frac{d}{d x} ({(x - 5)}^{- 1})$

Paso 1.1.1.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{- 1}$ y $g (x) = x - 5$ .

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Paso 1.1.1.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $x - 5$ .

$f' (x) = 3 (\frac{d}{d u} (u^{- 1}) \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.1.2.2

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

$f' (x) = 3 (- u^{- 2} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.1.2.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $x - 5$ .

$f' (x) = 3 (- {(x - 5)}^{- 2} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.1.3

Diferencia.

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Paso 1.1.1.3.1

Multiplica $- 1$ por $3$ .

$f' (x) = - 3 ({(x - 5)}^{- 2} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.1.3.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x - 5$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 5]$ .

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

Paso 1.1.1.3.3

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

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

Paso 1.1.1.3.4

Como $- 5$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- 5$ con respecto a $x$ es $0$ .

$f' (x) = - 3 {(x - 5)}^{- 2} (1 + 0)$

Paso 1.1.1.3.5

Simplifica la expresión.

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Paso 1.1.1.3.5.1

Suma $1$ y $0$ .

$f' (x) = - 3 {(x - 5)}^{- 2} \cdot 1$

Paso 1.1.1.3.5.2

Multiplica $- 3$ por $1$ .

$f' (x) = - 3 {(x - 5)}^{- 2}$

Paso 1.1.1.4

Simplifica.

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Paso 1.1.1.4.1

Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

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

Paso 1.1.1.4.2

Combina los términos.

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Paso 1.1.1.4.2.1

Combina $- 3$ y $\frac{1}{{(x - 5)}^{2}}$ .

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

Paso 1.1.1.4.2.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

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

Paso 1.1.2

Obtener la segunda derivada.

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Paso 1.1.2.1

Diferencia con la regla del múltiplo constante.

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Paso 1.1.2.1.1

Como $- 3$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- \frac{3}{{(x - 5)}^{2}}$ con respecto a $x$ es $- 3 \frac{d}{d x} [\frac{1}{{(x - 5)}^{2}}]$ .

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

Paso 1.1.2.1.2

Aplica reglas básicas de exponentes.

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Paso 1.1.2.1.2.1

Reescribe $\frac{1}{{(x - 5)}^{2}}$ como ${({(x - 5)}^{2})}^{- 1}$ .

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

Paso 1.1.2.1.2.2

Multiplica los exponentes en ${({(x - 5)}^{2})}^{- 1}$ .

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Paso 1.1.2.1.2.2.1

Aplica la regla de la potencia y multiplica los exponentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$f'' (x) = - 3 \frac{d}{d x} {(x - 5)}^{2 \cdot - 1}$

Paso 1.1.2.1.2.2.2

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$f'' (x) = - 3 \frac{d}{d x} {(x - 5)}^{- 2}$

Paso 1.1.2.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{- 2}$ y $g (x) = x - 5$ .

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Paso 1.1.2.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $x - 5$ .

$f'' (x) = - 3 (\frac{d}{d u} (u^{- 2}) \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.2.2.2

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

$f'' (x) = - 3 (- 2 u^{- 3} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.2.2.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $x - 5$ .

$f'' (x) = - 3 (- 2 {(x - 5)}^{- 3} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.2.3

Diferencia.

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Paso 1.1.2.3.1

Multiplica $- 2$ por $- 3$ .

$f'' (x) = 6 ({(x - 5)}^{- 3} \frac{d}{d x} (x - 5))$

Paso 1.1.2.3.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x - 5$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 5]$ .

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

Paso 1.1.2.3.3

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

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

Paso 1.1.2.3.4

Como $- 5$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- 5$ con respecto a $x$ es $0$ .

$f'' (x) = 6 {(x - 5)}^{- 3} (1 + 0)$

Paso 1.1.2.3.5

Simplifica la expresión.

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Paso 1.1.2.3.5.1

Suma $1$ y $0$ .

$f'' (x) = 6 {(x - 5)}^{- 3} \cdot 1$

Paso 1.1.2.3.5.2

Multiplica $6$ por $1$ .

$f'' (x) = 6 {(x - 5)}^{- 3}$

Paso 1.1.2.4

Simplifica.

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Paso 1.1.2.4.1

Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

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

Paso 1.1.2.4.2

Combina $6$ y $\frac{1}{{(x - 5)}^{3}}$ .

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

Paso 1.1.3

La segunda derivada de $f (x)$ con respecto a $x$ es $\frac{6}{{(x - 5)}^{3}}$ .

$\frac{6}{{(x - 5)}^{3}}$

Paso 1.2

Establece la segunda derivada igual a $0$ luego resuelve la ecuación $\frac{6}{{(x - 5)}^{3}} = 0$ .

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Paso 1.2.1

Establece la segunda derivada igual a $0$ .

$\frac{6}{{(x - 5)}^{3}} = 0$

Paso 1.2.2

Establece el numerador igual a cero.

$6 = 0$

Paso 1.2.3

Como $6 \neq 0$ , no hay soluciones.

No hay solución

Paso 2

Obtén el dominio de $f (x) = \frac{3}{x - 5}$ .

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Paso 2.1

Establece el denominador en $\frac{3}{x - 5}$ igual que $0$ para obtener el lugar donde no está definida la expresión.

$x - 5 = 0$

Paso 2.2

Suma $5$ a ambos lados de la ecuación.

$x = 5$

Paso 2.3

El dominio son todos los valores de $x$ que hacen que la expresión sea definida.

Notación de intervalo:

$(- \infty, 5) \cup (5, \infty)$

Notación del constructor de conjuntos:

${x | x \neq 5}$

Notación de intervalo:

$(- \infty, 5) \cup (5, \infty)$

Notación del constructor de conjuntos:

${x | x \neq 5}$

Paso 3

Crea intervalos alrededor de los valores de $x$ donde la segunda derivada es cero o indefinida.

$(- \infty, 5) \cup (5, \infty)$

Paso 4

Sustituye cualquier número del intervalo $(- \infty, 5)$ en la segunda derivada y evalúa para determinar la concavidad.

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Paso 4.1

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

$f'' (0) = \frac{6}{{((0) - 5)}^{3}}$

Paso 4.2

Simplifica el resultado.

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Paso 4.2.1

Simplifica el denominador.

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Paso 4.2.1.1

Resta $5$ de $0$ .

$f'' (0) = \frac{6}{{(- 5)}^{3}}$

Paso 4.2.1.2

Eleva $- 5$ a la potencia de $3$ .

$f'' (0) = \frac{6}{- 125}$

Paso 4.2.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$f'' (0) = - \frac{6}{125}$

Paso 4.2.3

La respuesta final es $- \frac{6}{125}$ .

$- \frac{6}{125}$

Paso 4.3

La gráfica es cóncava en el intervalo $(- \infty, 5)$ porque $f'' (0)$ es negativa.

Cóncavo en $(- \infty, 5)$ dado que $f'' (x)$ es negativo

Paso 5

Sustituye cualquier número del intervalo $(5, \infty)$ en la segunda derivada y evalúa para determinar la concavidad.

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Paso 5.1

Reemplaza la variable $x$ con $8$ en la expresión.

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

Paso 5.2

Simplifica el resultado.

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Paso 5.2.1

Simplifica el denominador.

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Paso 5.2.1.1

Resta $5$ de $8$ .

$f'' (8) = \frac{6}{3^{3}}$

Paso 5.2.1.2

Eleva $3$ a la potencia de $3$ .

$f'' (8) = \frac{6}{27}$

Paso 5.2.2

Cancela el factor común de $6$ y $27$ .

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Paso 5.2.2.1

Factoriza $3$ de $6$ .

$f'' (8) = \frac{3 (2)}{27}$

Paso 5.2.2.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 5.2.2.2.1

Factoriza $3$ de $27$ .

$f'' (8) = \frac{3 \cdot 2}{3 \cdot 9}$

Paso 5.2.2.2.2

Cancela el factor común.

$f'' (8) = \frac{3 \cdot 2}{3 \cdot 9}$

Paso 5.2.2.2.3

Reescribe la expresión.

$f'' (8) = \frac{2}{9}$

Paso 5.2.3

La respuesta final es $\frac{2}{9}$ .

$\frac{2}{9}$

Paso 5.3

La gráfica es convexa en el intervalo $(5, \infty)$ porque $f'' (8)$ es positiva.

Convexo en $(5, \infty)$ dado que $f'' (x)$ es positivo

Paso 6

La gráfica es cóncava cuando la segunda derivada es negativa y convexa cuando la segunda derivada es positiva.

Cóncavo en $(- \infty, 5)$ dado que $f'' (x)$ es negativo

Convexo en $(5, \infty)$ dado que $f'' (x)$ es positivo

Paso 7