Calcul infinitésimal Exemples

$x^{4} - 8 x^{2} + 16$

Étape 1

Écrivez $x^{4} - 8 x^{2} + 16$ comme une fonction.

$f (x) = x^{4} - 8 x^{2} + 16$

Étape 2

Déterminez la dérivée première de la fonction.

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Étape 2.1

Différenciez.

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Étape 2.1.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $x^{4} - 8 x^{2} + 16$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 2.1.2

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

$4 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 2.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 8 x^{2}]$ .

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Étape 2.2.1

Comme $- 8$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 8 x^{2}$ par rapport à $x$ est $- 8 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$4 x^{3} - 8 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

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 $n = 2$ .

$4 x^{3} - 8 (2 x) + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 2.2.3

Multipliez $2$ par $- 8$ .

$4 x^{3} - 16 x + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 2.3

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 2.3.1

Comme $16$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $16$ par rapport à $x$ est $0$ .

$4 x^{3} - 16 x + 0$

Étape 2.3.2

Additionnez $4 x^{3} - 16 x$ et $0$ .

$4 x^{3} - 16 x$

Étape 3

Déterminez la dérivée seconde de la fonction.

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Étape 3.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $4 x^{3} - 16 x$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [4 x^{3}] + \frac{d}{d x} [- 16 x]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 16 x)$

Étape 3.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [4 x^{3}]$ .

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Étape 3.2.1

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

$f'' (x) = 4 \frac{d}{d x} (x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 16 x)$

Étape 3.2.2

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

$f'' (x) = 4 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (- 16 x)$

Étape 3.2.3

Multipliez $3$ par $4$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} + \frac{d}{d x} (- 16 x)$

Étape 3.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 16 x]$ .

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Étape 3.3.1

Comme $- 16$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 16 x$ par rapport à $x$ est $- 16 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 16 \frac{d}{d x} x$

Étape 3.3.2

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

$f'' (x) = 12 x^{2} - 16 \cdot 1$

Étape 3.3.3

Multipliez $- 16$ par $1$ .

$f'' (x) = 12 x^{2} - 16$

Étape 4

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

$4 x^{3} - 16 x = 0$

Étape 5

Déterminez la dérivée première.

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Étape 5.1

Déterminez la dérivée première.

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Étape 5.1.1

Différenciez.

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Étape 5.1.1.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $x^{4} - 8 x^{2} + 16$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 5.1.1.2

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

$4 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 8 x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 5.1.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 8 x^{2}]$ .

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Étape 5.1.2.1

Comme $- 8$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 8 x^{2}$ par rapport à $x$ est $- 8 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$4 x^{3} - 8 \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 5.1.2.2

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

$4 x^{3} - 8 (2 x) + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 5.1.2.3

Multipliez $2$ par $- 8$ .

$4 x^{3} - 16 x + \frac{d}{d x} [16]$

Étape 5.1.3

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 5.1.3.1

Comme $16$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $16$ par rapport à $x$ est $0$ .

$4 x^{3} - 16 x + 0$

Étape 5.1.3.2

Additionnez $4 x^{3} - 16 x$ et $0$ .

$f' (x) = 4 x^{3} - 16 x$

Étape 5.2

La dérivée première de $f (x)$ par rapport à $x$ est $4 x^{3} - 16 x$ .

$4 x^{3} - 16 x$

Étape 6

Définissez la dérivée première égale à $0$ puis résolvez l’équation $4 x^{3} - 16 x = 0$ .

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Étape 6.1

Définissez la dérivée première égale à $0$ .

$4 x^{3} - 16 x = 0$

Étape 6.2

Factorisez le côté gauche de l’équation.

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Étape 6.2.1

Factorisez $4 x$ à partir de $4 x^{3} - 16 x$ .

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Étape 6.2.1.1

Factorisez $4 x$ à partir de $4 x^{3}$ .

$4 x (x^{2}) - 16 x = 0$

Étape 6.2.1.2

Factorisez $4 x$ à partir de $- 16 x$ .

$4 x (x^{2}) + 4 x (- 4) = 0$

Étape 6.2.1.3

Factorisez $4 x$ à partir de $4 x (x^{2}) + 4 x (- 4)$ .

$4 x (x^{2} - 4) = 0$

Étape 6.2.2

Réécrivez $4$ comme $2^{2}$ .

$4 x (x^{2} - 2^{2}) = 0$

Étape 6.2.3

Factorisez.

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Étape 6.2.3.1

Les deux termes étant des carrés parfaits, factorisez à l’aide de la formule de la différence des carrés, $a^{2} - b^{2} = (a + b) (a - b)$ où $a = x$ et $b = 2$ .

$4 x ((x + 2) (x - 2)) = 0$

Étape 6.2.3.2

Supprimez les parenthèses inutiles.

$4 x (x + 2) (x - 2) = 0$

Étape 6.3

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

$x = 0$

$x + 2 = 0$

$x - 2 = 0$

Étape 6.4

Définissez $x$ égal à $0$ .

$x = 0$

Étape 6.5

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

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Étape 6.5.1

Définissez $x + 2$ égal à $0$ .

$x + 2 = 0$

Étape 6.5.2

Soustrayez $2$ des deux côtés de l’équation.

$x = - 2$

Étape 6.6

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

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Étape 6.6.1

Définissez $x - 2$ égal à $0$ .

$x - 2 = 0$

Étape 6.6.2

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

$x = 2$

Étape 6.7

La solution finale est l’ensemble des valeurs qui rendent $4 x (x + 2) (x - 2) = 0$ vraie.

$x = 0, - 2, 2$

Étape 7

Déterminez les valeurs où la dérivée est indéfinie.

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Étape 7.1

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 8

Points critiques à évaluer.

$x = 0, - 2, 2$

Étape 9

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.

$12 {(0)}^{2} - 16$

Étape 10

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 10.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 10.1.1

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

$12 \cdot 0 - 16$

Étape 10.1.2

Multipliez $12$ par $0$ .

$0 - 16$

Étape 10.2

Soustrayez $16$ de $0$ .

$- 16$

Étape 11

$x = 0$ 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 12

Déterminez la valeur y quand $x = 0$ .

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Étape 12.1

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

$f (0) = {(0)}^{4} - 8 {(0)}^{2} + 16$

Étape 12.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 12.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 12.2.1.1

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

$f (0) = 0 - 8 {(0)}^{2} + 16$

Étape 12.2.1.2

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

$f (0) = 0 - 8 \cdot 0 + 16$

Étape 12.2.1.3

Multipliez $- 8$ par $0$ .

$f (0) = 0 + 0 + 16$

Étape 12.2.2

Simplifiez en ajoutant des nombres.

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Étape 12.2.2.1

Additionnez $0$ et $0$ .

$f (0) = 0 + 16$

Étape 12.2.2.2

Additionnez $0$ et $16$ .

$f (0) = 16$

Étape 12.2.3

La réponse finale est $16$ .

$y = 16$

Étape 13

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.

$12 {(- 2)}^{2} - 16$

Étape 14

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 14.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 14.1.1

Élevez $- 2$ à la puissance $2$ .

$12 \cdot 4 - 16$

Étape 14.1.2

Multipliez $12$ par $4$ .

$48 - 16$

Étape 14.2

Soustrayez $16$ de $48$ .

$32$

Étape 15

$x = - 2$ 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 16

Déterminez la valeur y quand $x = - 2$ .

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Étape 16.1

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

$f (- 2) = {(- 2)}^{4} - 8 {(- 2)}^{2} + 16$

Étape 16.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 16.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 16.2.1.1

Élevez $- 2$ à la puissance $4$ .

$f (- 2) = 16 - 8 {(- 2)}^{2} + 16$

Étape 16.2.1.2

Élevez $- 2$ à la puissance $2$ .

$f (- 2) = 16 - 8 \cdot 4 + 16$

Étape 16.2.1.3

Multipliez $- 8$ par $4$ .

$f (- 2) = 16 - 32 + 16$

Étape 16.2.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 16.2.2.1

Soustrayez $32$ de $16$ .

$f (- 2) = - 16 + 16$

Étape 16.2.2.2

Additionnez $- 16$ et $16$ .

$f (- 2) = 0$

Étape 16.2.3

La réponse finale est $0$ .

$y = 0$

Étape 17

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.

$12 {(2)}^{2} - 16$

Étape 18

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 18.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 18.1.1

Élevez $2$ à la puissance $2$ .

$12 \cdot 4 - 16$

Étape 18.1.2

Multipliez $12$ par $4$ .

$48 - 16$

Étape 18.2

Soustrayez $16$ de $48$ .

$32$

Étape 19

$x = 2$ 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 20

Déterminez la valeur y quand $x = 2$ .

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Étape 20.1

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

$f (2) = {(2)}^{4} - 8 {(2)}^{2} + 16$

Étape 20.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 20.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 20.2.1.1

Élevez $2$ à la puissance $4$ .

$f (2) = 16 - 8 {(2)}^{2} + 16$

Étape 20.2.1.2

Élevez $2$ à la puissance $2$ .

$f (2) = 16 - 8 \cdot 4 + 16$

Étape 20.2.1.3

Multipliez $- 8$ par $4$ .

$f (2) = 16 - 32 + 16$

Étape 20.2.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 20.2.2.1

Soustrayez $32$ de $16$ .

$f (2) = - 16 + 16$

Étape 20.2.2.2

Additionnez $- 16$ et $16$ .

$f (2) = 0$

Étape 20.2.3

La réponse finale est $0$ .

$y = 0$

Étape 21

Ce sont les extrema locaux pour $f (x) = x^{4} - 8 x^{2} + 16$ .

$(0, 16)$ est un maximum local

$(- 2, 0)$ est un minimum local

$(2, 0)$ est un minimum local

Étape 22