Calcul infinitésimal Exemples

$f (x) = \cos (3 x)$

Étape 1

Déterminez la dérivée première de la fonction.

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Étape 1.1

Différenciez en utilisant la règle d’enchaînement, qui indique que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ est $f' (g (x)) g' (x)$ où $f (x) = \cos (x)$ et $g (x) = 3 x$ .

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Étape 1.1.1

Pour appliquer la règle de la chaîne, définissez $u$ comme $3 x$ .

$\frac{d}{d u} [\cos (u)] \frac{d}{d x} [3 x]$

Étape 1.1.2

La dérivée de $\cos (u)$ par rapport à $u$ est $- \sin (u)$ .

$- \sin (u) \frac{d}{d x} [3 x]$

Étape 1.1.3

Remplacez toutes les occurrences de $u$ par $3 x$ .

$- \sin (3 x) \frac{d}{d x} [3 x]$

Étape 1.2

Différenciez.

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Étape 1.2.1

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

$- \sin (3 x) (3 \frac{d}{d x} [x])$

Étape 1.2.2

Multipliez $3$ par $- 1$ .

$- 3 \sin (3 x) \frac{d}{d x} [x]$

Étape 1.2.3

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

$- 3 \sin (3 x) \cdot 1$

Étape 1.2.4

Multipliez $- 3$ par $1$ .

$- 3 \sin (3 x)$

Étape 2

Déterminez la dérivée seconde de la fonction.

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Étape 2.1

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

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

Étape 2.2

Différenciez en utilisant la règle d’enchaînement, qui indique que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ est $f' (g (x)) g' (x)$ où $f (x) = \sin (x)$ et $g (x) = 3 x$ .

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Étape 2.2.1

Pour appliquer la règle de la chaîne, définissez $u$ comme $3 x$ .

$f'' (x) = - 3 (\frac{d}{d u} (\sin (u)) \frac{d}{d x} (3 x))$

Étape 2.2.2

La dérivée de $\sin (u)$ par rapport à $u$ est $\cos (u)$ .

$f'' (x) = - 3 (\cos (u) \frac{d}{d x} (3 x))$

Étape 2.2.3

Remplacez toutes les occurrences de $u$ par $3 x$ .

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

Étape 2.3

Différenciez.

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Étape 2.3.1

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

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

Étape 2.3.2

Multipliez $3$ par $- 3$ .

$f'' (x) = - 9 \cos (3 x) \frac{d}{d x} x$

Étape 2.3.3

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

$f'' (x) = - 9 \cos (3 x) \cdot 1$

Étape 2.3.4

Multipliez $- 9$ par $1$ .

$f'' (x) = - 9 \cos (3 x)$

Étape 3

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

$- 3 \sin (3 x) = 0$

Étape 4

Divisez chaque terme dans $- 3 \sin (3 x) = 0$ par $- 3$ et simplifiez.

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Étape 4.1

Divisez chaque terme dans $- 3 \sin (3 x) = 0$ par $- 3$ .

$\frac{- 3 \sin (3 x)}{- 3} = \frac{0}{- 3}$

Étape 4.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 4.2.1

Annulez le facteur commun de $- 3$ .

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Étape 4.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{- 3 \sin (3 x)}{- 3} = \frac{0}{- 3}$

Étape 4.2.1.2

Divisez $\sin (3 x)$ par $1$ .

$\sin (3 x) = \frac{0}{- 3}$

Étape 4.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 4.3.1

Divisez $0$ par $- 3$ .

$\sin (3 x) = 0$

Étape 5

Prenez le sinus inverse des deux côtés de l’équation pour extraire $x$ de l’intérieur du sinus.

$3 x = \arcsin (0)$

Étape 6

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.1

La valeur exacte de $\arcsin (0)$ est $0$ .

$3 x = 0$

Étape 7

Divisez chaque terme dans $3 x = 0$ par $3$ et simplifiez.

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Étape 7.1

Divisez chaque terme dans $3 x = 0$ par $3$ .

$\frac{3 x}{3} = \frac{0}{3}$

Étape 7.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 7.2.1

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 7.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{3 x}{3} = \frac{0}{3}$

Étape 7.2.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$x = \frac{0}{3}$

Étape 7.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 7.3.1

Divisez $0$ par $3$ .

$x = 0$

Étape 8

La fonction sinus est positive dans les premier et deuxième quadrants. Pour déterminer la deuxième solution, soustrayez l’angle de référence de $π$ pour déterminer la solution dans le deuxième quadrant.

$3 x = π - 0$

Étape 9

Résolvez $x$ .

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Étape 9.1

Simplifiez

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Étape 9.1.1

Multipliez $- 1$ par $0$ .

$3 x = π + 0$

Étape 9.1.2

Additionnez $π$ et $0$ .

$3 x = π$

Étape 9.2

Divisez chaque terme dans $3 x = π$ par $3$ et simplifiez.

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Étape 9.2.1

Divisez chaque terme dans $3 x = π$ par $3$ .

$\frac{3 x}{3} = \frac{π}{3}$

Étape 9.2.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 9.2.2.1

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 9.2.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{3 x}{3} = \frac{π}{3}$

Étape 9.2.2.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$x = \frac{π}{3}$

Étape 10

La solution de l’équation est $3 x = 0$ .

$x = 0, \frac{π}{3}$

Étape 11

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.

$- 9 \cos (3 (0))$

Étape 12

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 12.1

Multipliez $3$ par $0$ .

$- 9 \cos (0)$

Étape 12.2

La valeur exacte de $\cos (0)$ est $1$ .

$- 9 \cdot 1$

Étape 12.3

Multipliez $- 9$ par $1$ .

$- 9$

Étape 13

$x = 0$ 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 14

Déterminez la valeur y quand $x = 0$ .

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Étape 14.1

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

$f (0) = \cos (3 (0))$

Étape 14.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 14.2.1

Multipliez $3$ par $0$ .

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

Étape 14.2.2

La valeur exacte de $\cos (0)$ est $1$ .

$f (0) = 1$

Étape 14.2.3

La réponse finale est $1$ .

$y = 1$

Étape 15

Évaluez la dérivée seconde sur $x = \frac{π}{3}$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$- 9 \cos (3 (\frac{π}{3}))$

Étape 16

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 16.1

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 16.1.1

Annulez le facteur commun.

$- 9 \cos (3 \frac{π}{3})$

Étape 16.1.2

Réécrivez l’expression.

$- 9 \cos (π)$

Étape 16.2

Appliquez l’angle de référence en trouvant l’angle avec des valeurs trigonométriques équivalentes dans le premier quadrant. Rendez l’expression négative car le cosinus est négatif dans le deuxième quadrant.

$- 9 (- \cos (0))$

Étape 16.3

La valeur exacte de $\cos (0)$ est $1$ .

$- 9 (- 1 \cdot 1)$

Étape 16.4

Multipliez $- 9 (- 1 \cdot 1)$ .

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Étape 16.4.1

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$- 9 \cdot - 1$

Étape 16.4.2

Multipliez $- 9$ par $- 1$ .

$9$

Étape 17

$x = \frac{π}{3}$ est un minimum local car la valeur de la dérivée seconde est positive. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = \frac{π}{3}$ est un minimum local

Étape 18

Déterminez la valeur y quand $x = \frac{π}{3}$ .

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Étape 18.1

Remplacez la variable $x$ par $\frac{π}{3}$ dans l’expression.

$f (\frac{π}{3}) = \cos (3 (\frac{π}{3}))$

Étape 18.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 18.2.1

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 18.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$f (\frac{π}{3}) = \cos (3 (\frac{π}{3}))$

Étape 18.2.1.2

Réécrivez l’expression.

$f (\frac{π}{3}) = \cos (π)$

Étape 18.2.2

$f (\frac{π}{3}) = - \cos (0)$

Étape 18.2.3

La valeur exacte de $\cos (0)$ est $1$ .

$f (\frac{π}{3}) = - 1 \cdot 1$

Étape 18.2.4

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$f (\frac{π}{3}) = - 1$

Étape 18.2.5

La réponse finale est $- 1$ .

$y = - 1$

Étape 19

Ce sont les extrema locaux pour $f (x) = \cos (3 x)$ .

$(0, 1)$ est un maximum local

$(\frac{π}{3}, - 1)$ est un minimum local

Étape 20