Calcul infinitésimal Exemples

$f (x) = 3 x^{4} - 4 x^{3} - 12 x^{2}$

Étape 1

Déterminez la dérivée première de la fonction.

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Étape 1.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $3 x^{4} - 4 x^{3} - 12 x^{2}$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [3 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [3 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [3 x^{4}]$ .

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Étape 1.2.1

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $3 x^{4}$ par rapport à $x$ est $3 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.2.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 4$ .

$3 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.2.3

Multipliez $4$ par $3$ .

$12 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 4 x^{3}]$ .

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Étape 1.3.1

Comme $- 4$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 4 x^{3}$ par rapport à $x$ est $- 4 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$12 x^{3} - 4 \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.3.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 3$ .

$12 x^{3} - 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.3.3

Multipliez $3$ par $- 4$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 1.4

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$ .

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Étape 1.4.1

Comme $- 12$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 12 x^{2}$ par rapport à $x$ est $- 12 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 12 \frac{d}{d x} [x^{2}]$

Étape 1.4.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 2$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 12 (2 x)$

Étape 1.4.3

Multipliez $2$ par $- 12$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$

Étape 2

Déterminez la dérivée seconde de la fonction.

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Étape 2.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [12 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 24 x]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (12 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 12 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [12 x^{3}]$ .

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Étape 2.2.1

Comme $12$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $12 x^{3}$ par rapport à $x$ est $12 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f'' (x) = 12 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 12 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.2.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 3$ .

$f'' (x) = 12 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 12 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.2.3

Multipliez $3$ par $12$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} + \frac{d}{d x} (- 12 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$ .

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Étape 2.3.1

Comme $- 12$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 12 x^{2}$ par rapport à $x$ est $- 12 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 12 \frac{d}{d x} x^{2} + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.3.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 2$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 12 (2 x) + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.3.3

Multipliez $2$ par $- 12$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 24 x + \frac{d}{d x} (- 24 x)$

Étape 2.4

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 24 x]$ .

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Étape 2.4.1

Comme $- 24$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 24 x$ par rapport à $x$ est $- 24 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 24 x - 24 \frac{d}{d x} x$

Étape 2.4.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 24 x - 24 \cdot 1$

Étape 2.4.3

Multipliez $- 24$ par $1$ .

$f'' (x) = 36 x^{2} - 24 x - 24$

Étape 3

Pour déterminer les valeurs maximales et minimales locales de la fonction, définissez la dérivée égale à $0$ et résolvez.

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x = 0$

Étape 4

Déterminez la dérivée première.

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Étape 4.1

Déterminez la dérivée première.

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Étape 4.1.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $3 x^{4} - 4 x^{3} - 12 x^{2}$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [3 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [3 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [3 x^{4}]$ .

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Étape 4.1.2.1

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $3 x^{4}$ par rapport à $x$ est $3 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.2.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 4$ .

$3 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.2.3

Multipliez $4$ par $3$ .

$12 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 4 x^{3}]$ .

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Étape 4.1.3.1

Comme $- 4$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 4 x^{3}$ par rapport à $x$ est $- 4 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$12 x^{3} - 4 \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.3.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 3$ .

$12 x^{3} - 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.3.3

Multipliez $3$ par $- 4$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} + \frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$

Étape 4.1.4

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 12 x^{2}]$ .

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Étape 4.1.4.1

Comme $- 12$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 12 x^{2}$ par rapport à $x$ est $- 12 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 12 \frac{d}{d x} [x^{2}]$

Étape 4.1.4.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 2$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 12 (2 x)$

Étape 4.1.4.3

Multipliez $2$ par $- 12$ .

$f' (x) = 12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$

Étape 4.2

La dérivée première de $f (x)$ par rapport à $x$ est $12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$

Étape 5

Définissez la dérivée première égale à $0$ puis résolvez l’équation $12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x = 0$ .

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Étape 5.1

Définissez la dérivée première égale à $0$ .

$12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x = 0$

Étape 5.2

Factorisez le côté gauche de l’équation.

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Étape 5.2.1

Factorisez $12 x$ à partir de $12 x^{3} - 12 x^{2} - 24 x$ .

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Étape 5.2.1.1

Factorisez $12 x$ à partir de $12 x^{3}$ .

$12 x (x^{2}) - 12 x^{2} - 24 x = 0$

Étape 5.2.1.2

Factorisez $12 x$ à partir de $- 12 x^{2}$ .

$12 x (x^{2}) + 12 x (- x) - 24 x = 0$

Étape 5.2.1.3

Factorisez $12 x$ à partir de $- 24 x$ .

$12 x (x^{2}) + 12 x (- x) + 12 x (- 2) = 0$

Étape 5.2.1.4

Factorisez $12 x$ à partir de $12 x (x^{2}) + 12 x (- x)$ .

$12 x (x^{2} - x) + 12 x (- 2) = 0$

Étape 5.2.1.5

Factorisez $12 x$ à partir de $12 x (x^{2} - x) + 12 x (- 2)$ .

$12 x (x^{2} - x - 2) = 0$

Étape 5.2.2

Factorisez.

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Étape 5.2.2.1

Factorisez $x^{2} - x - 2$ à l’aide de la méthode AC.

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Étape 5.2.2.1.1

Étudiez la forme $x^{2} + b x + c$ . Déterminez une paire d’entiers dont le produit est $c$ et dont la somme est $b$ . Dans ce cas, dont le produit est $- 2$ et dont la somme est $- 1$ .

$- 2, 1$

Étape 5.2.2.1.2

Écrivez la forme factorisée avec ces entiers.

$12 x ((x - 2) (x + 1)) = 0$

Étape 5.2.2.2

Supprimez les parenthèses inutiles.

$12 x (x - 2) (x + 1) = 0$

Étape 5.3

Si un facteur quelconque du côté gauche de l’équation est égal à $0$ , l’expression entière sera égale à $0$ .

$x = 0$

$x - 2 = 0$

$x + 1 = 0$

Étape 5.4

Définissez $x$ égal à $0$ .

$x = 0$

Étape 5.5

Définissez $x - 2$ égal à $0$ et résolvez $x$ .

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Étape 5.5.1

Définissez $x - 2$ égal à $0$ .

$x - 2 = 0$

Étape 5.5.2

Ajoutez $2$ aux deux côtés de l’équation.

$x = 2$

Étape 5.6

Définissez $x + 1$ égal à $0$ et résolvez $x$ .

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Étape 5.6.1

Définissez $x + 1$ égal à $0$ .

$x + 1 = 0$

Étape 5.6.2

Soustrayez $1$ des deux côtés de l’équation.

$x = - 1$

Étape 5.7

La solution finale est l’ensemble des valeurs qui rendent $12 x (x - 2) (x + 1) = 0$ vraie.

$x = 0, 2, - 1$

Étape 6

Déterminez les valeurs où la dérivée est indéfinie.

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Étape 6.1

Le domaine de l’expression est l’ensemble des nombres réels excepté là où l’expression est indéfinie. Dans ce cas, aucun nombre réel ne rend l’expression indéfinie.

Étape 7

Points critiques à évaluer.

$x = 0, 2, - 1$

Étape 8

Évaluez la dérivée seconde sur $x = 0$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$36 {(0)}^{2} - 24 \cdot 0 - 24$

Étape 9

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 9.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 9.1.1

L’élévation de $0$ à toute puissance positive produit $0$ .

$36 \cdot 0 - 24 \cdot 0 - 24$

Étape 9.1.2

Multipliez $36$ par $0$ .

$0 - 24 \cdot 0 - 24$

Étape 9.1.3

Multipliez $- 24$ par $0$ .

$0 + 0 - 24$

Étape 9.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 9.2.1

Additionnez $0$ et $0$ .

$0 - 24$

Étape 9.2.2

Soustrayez $24$ de $0$ .

$- 24$

Étape 10

$x = 0$ est un maximum local car la valeur de la dérivée seconde est négative. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = 0$ est un maximum local

Étape 11

Déterminez la valeur y quand $x = 0$ .

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Étape 11.1

Remplacez la variable $x$ par $0$ dans l’expression.

$f (0) = 3 {(0)}^{4} - 4 {(0)}^{3} - 12 {(0)}^{2}$

Étape 11.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 11.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 11.2.1.1

L’élévation de $0$ à toute puissance positive produit $0$ .

$f (0) = 3 \cdot 0 - 4 {(0)}^{3} - 12 {(0)}^{2}$

Étape 11.2.1.2

Multipliez $3$ par $0$ .

$f (0) = 0 - 4 {(0)}^{3} - 12 {(0)}^{2}$

Étape 11.2.1.3

L’élévation de $0$ à toute puissance positive produit $0$ .

$f (0) = 0 - 4 \cdot 0 - 12 {(0)}^{2}$

Étape 11.2.1.4

Multipliez $- 4$ par $0$ .

$f (0) = 0 + 0 - 12 {(0)}^{2}$

Étape 11.2.1.5

L’élévation de $0$ à toute puissance positive produit $0$ .

$f (0) = 0 + 0 - 12 \cdot 0$

Étape 11.2.1.6

Multipliez $- 12$ par $0$ .

$f (0) = 0 + 0 + 0$

Étape 11.2.2

Simplifiez en ajoutant des nombres.

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Étape 11.2.2.1

Additionnez $0$ et $0$ .

$f (0) = 0 + 0$

Étape 11.2.2.2

Additionnez $0$ et $0$ .

$f (0) = 0$

Étape 11.2.3

La réponse finale est $0$ .

$y = 0$

Étape 12

Évaluez la dérivée seconde sur $x = 2$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$36 {(2)}^{2} - 24 \cdot 2 - 24$

Étape 13

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 13.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 13.1.1

Élevez $2$ à la puissance $2$ .

$36 \cdot 4 - 24 \cdot 2 - 24$

Étape 13.1.2

Multipliez $36$ par $4$ .

$144 - 24 \cdot 2 - 24$

Étape 13.1.3

Multipliez $- 24$ par $2$ .

$144 - 48 - 24$

Étape 13.2

Simplifiez en soustrayant des nombres.

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Étape 13.2.1

Soustrayez $48$ de $144$ .

$96 - 24$

Étape 13.2.2

Soustrayez $24$ de $96$ .

$72$

Étape 14

$x = 2$ est un minimum local car la valeur de la dérivée seconde est positive. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = 2$ est un minimum local

Étape 15

Déterminez la valeur y quand $x = 2$ .

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Étape 15.1

Remplacez la variable $x$ par $2$ dans l’expression.

$f (2) = 3 {(2)}^{4} - 4 {(2)}^{3} - 12 {(2)}^{2}$

Étape 15.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 15.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 15.2.1.1

Élevez $2$ à la puissance $4$ .

$f (2) = 3 \cdot 16 - 4 {(2)}^{3} - 12 {(2)}^{2}$

Étape 15.2.1.2

Multipliez $3$ par $16$ .

$f (2) = 48 - 4 {(2)}^{3} - 12 {(2)}^{2}$

Étape 15.2.1.3

Élevez $2$ à la puissance $3$ .

$f (2) = 48 - 4 \cdot 8 - 12 {(2)}^{2}$

Étape 15.2.1.4

Multipliez $- 4$ par $8$ .

$f (2) = 48 - 32 - 12 {(2)}^{2}$

Étape 15.2.1.5

Élevez $2$ à la puissance $2$ .

$f (2) = 48 - 32 - 12 \cdot 4$

Étape 15.2.1.6

Multipliez $- 12$ par $4$ .

$f (2) = 48 - 32 - 48$

Étape 15.2.2

Simplifiez en soustrayant des nombres.

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Étape 15.2.2.1

Soustrayez $32$ de $48$ .

$f (2) = 16 - 48$

Étape 15.2.2.2

Soustrayez $48$ de $16$ .

$f (2) = - 32$

Étape 15.2.3

La réponse finale est $- 32$ .

$y = - 32$

Étape 16

Évaluez la dérivée seconde sur $x = - 1$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$36 {(- 1)}^{2} - 24 \cdot - 1 - 24$

Étape 17

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 17.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 17.1.1

Élevez $- 1$ à la puissance $2$ .

$36 \cdot 1 - 24 \cdot - 1 - 24$

Étape 17.1.2

Multipliez $36$ par $1$ .

$36 - 24 \cdot - 1 - 24$

Étape 17.1.3

Multipliez $- 24$ par $- 1$ .

$36 + 24 - 24$

Étape 17.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 17.2.1

Additionnez $36$ et $24$ .

$60 - 24$

Étape 17.2.2

Soustrayez $24$ de $60$ .

$36$

Étape 18

$x = - 1$ est un minimum local car la valeur de la dérivée seconde est positive. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = - 1$ est un minimum local

Étape 19

Déterminez la valeur y quand $x = - 1$ .

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Étape 19.1

Remplacez la variable $x$ par $- 1$ dans l’expression.

$f (- 1) = 3 {(- 1)}^{4} - 4 {(- 1)}^{3} - 12 {(- 1)}^{2}$

Étape 19.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 19.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 19.2.1.1

Élevez $- 1$ à la puissance $4$ .

$f (- 1) = 3 \cdot 1 - 4 {(- 1)}^{3} - 12 {(- 1)}^{2}$

Étape 19.2.1.2

Multipliez $3$ par $1$ .

$f (- 1) = 3 - 4 {(- 1)}^{3} - 12 {(- 1)}^{2}$

Étape 19.2.1.3

Élevez $- 1$ à la puissance $3$ .

$f (- 1) = 3 - 4 \cdot - 1 - 12 {(- 1)}^{2}$

Étape 19.2.1.4

Multipliez $- 4$ par $- 1$ .

$f (- 1) = 3 + 4 - 12 {(- 1)}^{2}$

Étape 19.2.1.5

Élevez $- 1$ à la puissance $2$ .

$f (- 1) = 3 + 4 - 12 \cdot 1$

Étape 19.2.1.6

Multipliez $- 12$ par $1$ .

$f (- 1) = 3 + 4 - 12$

Étape 19.2.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 19.2.2.1

Additionnez $3$ et $4$ .

$f (- 1) = 7 - 12$

Étape 19.2.2.2

Soustrayez $12$ de $7$ .

$f (- 1) = - 5$

Étape 19.2.3

La réponse finale est $- 5$ .

$y = - 5$

Étape 20

Ce sont les extrema locaux pour $f (x) = 3 x^{4} - 4 x^{3} - 12 x^{2}$ .

$(0, 0)$ est un maximum local

$(2, - 32)$ est un minimum local

$(- 1, - 5)$ est un minimum local

Étape 21