Cálculo Ejemplos

$f (x) = x^{12} + 4 x^{2}$

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.

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Paso 1.1.1.1.1

Según la regla de la suma, la derivada de $x^{12} + 4 x^{2}$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x^{12}] + \frac{d}{d x} [4 x^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{12}] + \frac{d}{d x} [4 x^{2}]$

Paso 1.1.1.1.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 12$ .

$12 x^{11} + \frac{d}{d x} [4 x^{2}]$

Paso 1.1.1.2

Evalúa $\frac{d}{d x} [4 x^{2}]$ .

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Paso 1.1.1.2.1

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

$12 x^{11} + 4 \frac{d}{d x} [x^{2}]$

Paso 1.1.1.2.2

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

$12 x^{11} + 4 (2 x)$

Paso 1.1.1.2.3

Multiplica $2$ por $4$ .

$f' (x) = 12 x^{11} + 8 x$

Paso 1.1.2

Obtener la segunda derivada.

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Paso 1.1.2.1

Según la regla de la suma, la derivada de $12 x^{11} + 8 x$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [12 x^{11}] + \frac{d}{d x} [8 x]$ .

$\frac{d}{d x} [12 x^{11}] + \frac{d}{d x} [8 x]$

Paso 1.1.2.2

Evalúa $\frac{d}{d x} [12 x^{11}]$ .

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Paso 1.1.2.2.1

Como $12$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $12 x^{11}$ con respecto a $x$ es $12 \frac{d}{d x} [x^{11}]$ .

$12 \frac{d}{d x} [x^{11}] + \frac{d}{d x} [8 x]$

Paso 1.1.2.2.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 11$ .

$12 (11 x^{10}) + \frac{d}{d x} [8 x]$

Paso 1.1.2.2.3

Multiplica $11$ por $12$ .

$132 x^{10} + \frac{d}{d x} [8 x]$

Paso 1.1.2.3

Evalúa $\frac{d}{d x} [8 x]$ .

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Paso 1.1.2.3.1

Como $8$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $8 x$ con respecto a $x$ es $8 \frac{d}{d x} [x]$ .

$132 x^{10} + 8 \frac{d}{d x} [x]$

Paso 1.1.2.3.2

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

$132 x^{10} + 8 \cdot 1$

Paso 1.1.2.3.3

Multiplica $8$ por $1$ .

$f'' (x) = 132 x^{10} + 8$

Paso 1.1.3

La segunda derivada de $f (x)$ con respecto a $x$ es $132 x^{10} + 8$ .

$132 x^{10} + 8$

Paso 1.2

Establece la segunda derivada igual a $0$ luego resuelve la ecuación $132 x^{10} + 8 = 0$ .

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Paso 1.2.1

Establece la segunda derivada igual a $0$ .

$132 x^{10} + 8 = 0$

Paso 1.2.2

Resta $8$ de ambos lados de la ecuación.

$132 x^{10} = - 8$

Paso 1.2.3

Divide cada término en $132 x^{10} = - 8$ por $132$ y simplifica.

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Paso 1.2.3.1

Divide cada término en $132 x^{10} = - 8$ por $132$ .

$\frac{132 x^{10}}{132} = \frac{- 8}{132}$

Paso 1.2.3.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 1.2.3.2.1

Cancela el factor común de $132$ .

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Paso 1.2.3.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{132 x^{10}}{132} = \frac{- 8}{132}$

Paso 1.2.3.2.1.2

Divide $x^{10}$ por $1$ .

$x^{10} = \frac{- 8}{132}$

Paso 1.2.3.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 1.2.3.3.1

Cancela el factor común de $- 8$ y $132$ .

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Paso 1.2.3.3.1.1

Factoriza $4$ de $- 8$ .

$x^{10} = \frac{4 (- 2)}{132}$

Paso 1.2.3.3.1.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 1.2.3.3.1.2.1

Factoriza $4$ de $132$ .

$x^{10} = \frac{4 \cdot - 2}{4 \cdot 33}$

Paso 1.2.3.3.1.2.2

Cancela el factor común.

$x^{10} = \frac{4 \cdot - 2}{4 \cdot 33}$

Paso 1.2.3.3.1.2.3

Reescribe la expresión.

$x^{10} = \frac{- 2}{33}$

Paso 1.2.3.3.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$x^{10} = - \frac{2}{33}$

Paso 1.2.4

Calcula la raíz especificada de ambos lados de la ecuación para eliminar el exponente en el lado izquierdo.

$x = \pm \sqrt[10]{- \frac{2}{33}}$

Paso 1.2.5

Simplifica $\pm \sqrt[10]{- \frac{2}{33}}$ .

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Paso 1.2.5.1

Reescribe $- 1$ como $i^{10}$ .

$x = \pm \sqrt[10]{i^{10} \frac{2}{33}}$

Paso 1.2.5.2

Retira los términos de abajo del radical.

$x = \pm i \sqrt[10]{\frac{2}{33}}$

Paso 1.2.5.3

Reescribe $\sqrt[10]{\frac{2}{33}}$ como $\frac{\sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$ .

$x = \pm i \frac{\sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$

Paso 1.2.5.4

Combina $i$ y $\frac{\sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$ .

$x = \pm \frac{i \sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$

Paso 1.2.6

La solución completa es el resultado de las partes positiva y negativa de la solución.

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Paso 1.2.6.1

Primero, usa el valor positivo de $\pm$ para obtener la primera solución.

$x = \frac{i \sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$

Paso 1.2.6.2

Luego, usa el valor negativo de $\pm$ para obtener la segunda solución.

$x = - \frac{i \sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$

Paso 1.2.6.3

La solución completa es el resultado de las partes positiva y negativa de la solución.

$x = \frac{i \sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}, - \frac{i \sqrt[10]{2}}{\sqrt[10]{33}}$

Paso 2

El dominio de la expresión son todos números reales, excepto cuando la expresión no está definida. En ese caso, no hay ningún número real que haga que la expresión sea indefinida.

Notación de intervalo:

$(- \infty, \infty)$

Notación del constructor de conjuntos:

${x | x \in ℝ}$

Paso 3

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

$(- \infty, \infty)$

Paso 4

Sustituye cualquier número del intervalo $(- \infty, \infty)$ 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.

$f'' (0) = 132 {(0)}^{10} + 8$

Paso 4.2

Simplifica el resultado.

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Paso 4.2.1

Simplifica cada término.

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Paso 4.2.1.1

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

$f'' (0) = 132 \cdot 0 + 8$

Paso 4.2.1.2

Multiplica $132$ por $0$ .

$f'' (0) = 0 + 8$

Paso 4.2.2

Suma $0$ y $8$ .

$f'' (0) = 8$

Paso 4.2.3

La respuesta final es $8$ .

$8$

Paso 4.3

La gráfica es convexa en el intervalo $(- \infty, \infty)$ porque $f'' (0)$ es positiva.

La gráfica es convexa.

Paso 5