Calcul infinitésimal Exemples

$f (x) = 6 \sin (2 x)$

Étape 1

Déterminez la dérivée première de la fonction.

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Étape 1.1

Comme $6$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $6 \sin (2 x)$ par rapport à $x$ est $6 \frac{d}{d x} [\sin (2 x)]$ .

$6 \frac{d}{d x} [\sin (2 x)]$

Étape 1.2

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 $g (x) = 2 x$ .

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Étape 1.2.1

Pour appliquer la règle de la chaîne, définissez $u$ comme $2 x$ .

$6 (\frac{d}{d u} [\sin (u)] \frac{d}{d x} [2 x])$

Étape 1.2.2

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

$6 (\cos (u) \frac{d}{d x} [2 x])$

Étape 1.2.3

Remplacez toutes les occurrences de $u$ par $2 x$ .

$6 (\cos (2 x) \frac{d}{d x} [2 x])$

Étape 1.3

Différenciez.

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Étape 1.3.1

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

$6 \cos (2 x) (2 \frac{d}{d x} [x])$

Étape 1.3.2

Multipliez $2$ par $6$ .

$12 \cos (2 x) \frac{d}{d x} [x]$

Étape 1.3.3

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

$12 \cos (2 x) \cdot 1$

Étape 1.3.4

Multipliez $12$ par $1$ .

$12 \cos (2 x)$

Étape 2

Déterminez la dérivée seconde de la fonction.

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Étape 2.1

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

$f'' (x) = 12 \frac{d}{d x} (\cos (2 x))$

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 $f (x) = \cos (x)$ et $g (x) = 2 x$ .

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Étape 2.2.1

Pour appliquer la règle de la chaîne, définissez $u$ comme $2 x$ .

$f'' (x) = 12 (\frac{d}{d u} (\cos (u)) \frac{d}{d x} (2 x))$

Étape 2.2.2

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

$f'' (x) = 12 (- \sin (u) \frac{d}{d x} (2 x))$

Étape 2.2.3

Remplacez toutes les occurrences de $u$ par $2 x$ .

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

Étape 2.3

Différenciez.

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Étape 2.3.1

Multipliez $- 1$ par $12$ .

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

Étape 2.3.2

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

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

Étape 2.3.3

Multipliez $2$ par $- 12$ .

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

Étape 2.3.4

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

$f'' (x) = - 24 \sin (2 x) \cdot 1$

Étape 2.3.5

Multipliez $- 24$ par $1$ .

$f'' (x) = - 24 \sin (2 x)$

Étape 3

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

$12 \cos (2 x) = 0$

Étape 4

Divisez chaque terme dans $12 \cos (2 x) = 0$ par $12$ et simplifiez.

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Étape 4.1

Divisez chaque terme dans $12 \cos (2 x) = 0$ par $12$ .

$\frac{12 \cos (2 x)}{12} = \frac{0}{12}$

Étape 4.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 4.2.1

Annulez le facteur commun de $12$ .

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Étape 4.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{12 \cos (2 x)}{12} = \frac{0}{12}$

Étape 4.2.1.2

Divisez $\cos (2 x)$ par $1$ .

$\cos (2 x) = \frac{0}{12}$

Étape 4.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 4.3.1

Divisez $0$ par $12$ .

$\cos (2 x) = 0$

Étape 5

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

$2 x = \arccos (0)$

Étape 6

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.1

La valeur exacte de $\arccos (0)$ est $\frac{π}{2}$ .

$2 x = \frac{π}{2}$

Étape 7

Divisez chaque terme dans $2 x = \frac{π}{2}$ par $2$ et simplifiez.

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Étape 7.1

Divisez chaque terme dans $2 x = \frac{π}{2}$ par $2$ .

$\frac{2 x}{2} = \frac{\frac{π}{2}}{2}$

Étape 7.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 7.2.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 7.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{2 x}{2} = \frac{\frac{π}{2}}{2}$

Étape 7.2.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$x = \frac{\frac{π}{2}}{2}$

Étape 7.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 7.3.1

Multipliez le numérateur par la réciproque du dénominateur.

$x = \frac{π}{2} \cdot \frac{1}{2}$

Étape 7.3.2

Multipliez $\frac{π}{2} \cdot \frac{1}{2}$ .

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Étape 7.3.2.1

Multipliez $\frac{π}{2}$ par $\frac{1}{2}$ .

$x = \frac{π}{2 \cdot 2}$

Étape 7.3.2.2

Multipliez $2$ par $2$ .

$x = \frac{π}{4}$

Étape 8

La fonction cosinus est positive dans les premier et quatrième quadrants. Pour déterminer la deuxième solution, soustrayez l’angle de référence de $2 π$ pour déterminer la solution dans le quatrième quadrant.

$2 x = 2 π - \frac{π}{2}$

Étape 9

Résolvez $x$ .

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Étape 9.1

Simplifiez

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Étape 9.1.1

Pour écrire $2 π$ comme une fraction avec un dénominateur commun, multipliez par $\frac{2}{2}$ .

$2 x = 2 π \cdot \frac{2}{2} - \frac{π}{2}$

Étape 9.1.2

Associez $2 π$ et $\frac{2}{2}$ .

$2 x = \frac{2 π \cdot 2}{2} - \frac{π}{2}$

Étape 9.1.3

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$2 x = \frac{2 π \cdot 2 - π}{2}$

Étape 9.1.4

Multipliez $2$ par $2$ .

$2 x = \frac{4 π - π}{2}$

Étape 9.1.5

Soustrayez $π$ de $4 π$ .

$2 x = \frac{3 π}{2}$

Étape 9.2

Divisez chaque terme dans $2 x = \frac{3 π}{2}$ par $2$ et simplifiez.

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Étape 9.2.1

Divisez chaque terme dans $2 x = \frac{3 π}{2}$ par $2$ .

$\frac{2 x}{2} = \frac{\frac{3 π}{2}}{2}$

Étape 9.2.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 9.2.2.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 9.2.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{2 x}{2} = \frac{\frac{3 π}{2}}{2}$

Étape 9.2.2.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$x = \frac{\frac{3 π}{2}}{2}$

Étape 9.2.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 9.2.3.1

Multipliez le numérateur par la réciproque du dénominateur.

$x = \frac{3 π}{2} \cdot \frac{1}{2}$

Étape 9.2.3.2

Multipliez $\frac{3 π}{2} \cdot \frac{1}{2}$ .

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Étape 9.2.3.2.1

Multipliez $\frac{3 π}{2}$ par $\frac{1}{2}$ .

$x = \frac{3 π}{2 \cdot 2}$

Étape 9.2.3.2.2

Multipliez $2$ par $2$ .

$x = \frac{3 π}{4}$

Étape 10

La solution de l’équation est $2 x = \frac{π}{2}$ .

$x = \frac{π}{4}, \frac{3 π}{4}$

Étape 11

Évaluez la dérivée seconde sur $x = \frac{π}{4}$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$- 24 \sin (2 (\frac{π}{4}))$

Étape 12

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 12.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 12.1.1

Factorisez $2$ à partir de $4$ .

$- 24 \sin (2 \frac{π}{2 (2)})$

Étape 12.1.2

Annulez le facteur commun.

$- 24 \sin (2 \frac{π}{2 \cdot 2})$

Étape 12.1.3

Réécrivez l’expression.

$- 24 \sin (\frac{π}{2})$

Étape 12.2

La valeur exacte de $\sin (\frac{π}{2})$ est $1$ .

$- 24 \cdot 1$

Étape 12.3

Multipliez $- 24$ par $1$ .

$- 24$

Étape 13

$x = \frac{π}{4}$ est un maximum local car la valeur de la dérivée seconde est négative. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = \frac{π}{4}$ est un maximum local

Étape 14

Déterminez la valeur y quand $x = \frac{π}{4}$ .

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Étape 14.1

Remplacez la variable $x$ par $\frac{π}{4}$ dans l’expression.

$f (\frac{π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{π}{4}))$

Étape 14.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 14.2.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 14.2.1.1

Factorisez $2$ à partir de $4$ .

$f (\frac{π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{π}{2 (2)}))$

Étape 14.2.1.2

Annulez le facteur commun.

$f (\frac{π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{π}{2 \cdot 2}))$

Étape 14.2.1.3

Réécrivez l’expression.

$f (\frac{π}{4}) = 6 \sin (\frac{π}{2})$

Étape 14.2.2

La valeur exacte de $\sin (\frac{π}{2})$ est $1$ .

$f (\frac{π}{4}) = 6 \cdot 1$

Étape 14.2.3

Multipliez $6$ par $1$ .

$f (\frac{π}{4}) = 6$

Étape 14.2.4

La réponse finale est $6$ .

$y = 6$

Étape 15

Évaluez la dérivée seconde sur $x = \frac{3 π}{4}$ . Si la dérivée seconde est positive, il s’agit d’un minimum local. Si elle est négative, il s’agit d’un maximum local.

$- 24 \sin (2 (\frac{3 π}{4}))$

Étape 16

Évaluez la dérivée seconde.

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Étape 16.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 16.1.1

Factorisez $2$ à partir de $4$ .

$- 24 \sin (2 \frac{3 π}{2 (2)})$

Étape 16.1.2

Annulez le facteur commun.

$- 24 \sin (2 \frac{3 π}{2 \cdot 2})$

Étape 16.1.3

Réécrivez l’expression.

$- 24 \sin (\frac{3 π}{2})$

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 sinus est négatif dans le quatrième quadrant.

$- 24 (- \sin (\frac{π}{2}))$

Étape 16.3

La valeur exacte de $\sin (\frac{π}{2})$ est $1$ .

$- 24 (- 1 \cdot 1)$

Étape 16.4

Multipliez $- 24 (- 1 \cdot 1)$ .

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Étape 16.4.1

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$- 24 \cdot - 1$

Étape 16.4.2

Multipliez $- 24$ par $- 1$ .

$24$

Étape 17

$x = \frac{3 π}{4}$ est un minimum local car la valeur de la dérivée seconde est positive. On parle de test de la dérivée seconde.

$x = \frac{3 π}{4}$ est un minimum local

Étape 18

Déterminez la valeur y quand $x = \frac{3 π}{4}$ .

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Étape 18.1

Remplacez la variable $x$ par $\frac{3 π}{4}$ dans l’expression.

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{3 π}{4}))$

Étape 18.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 18.2.1

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 18.2.1.1

Factorisez $2$ à partir de $4$ .

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{3 π}{2 (2)}))$

Étape 18.2.1.2

Annulez le facteur commun.

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 \sin (2 (\frac{3 π}{2 \cdot 2}))$

Étape 18.2.1.3

Réécrivez l’expression.

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 \sin (\frac{3 π}{2})$

Étape 18.2.2

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 (- \sin (\frac{π}{2}))$

Étape 18.2.3

La valeur exacte de $\sin (\frac{π}{2})$ est $1$ .

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 (- 1 \cdot 1)$

Étape 18.2.4

Multipliez $6 (- 1 \cdot 1)$ .

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Étape 18.2.4.1

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$f (\frac{3 π}{4}) = 6 \cdot - 1$

Étape 18.2.4.2

Multipliez $6$ par $- 1$ .

$f (\frac{3 π}{4}) = - 6$

Étape 18.2.5

La réponse finale est $- 6$ .

$y = - 6$

Étape 19

Ce sont les extrema locaux pour $f (x) = 6 \sin (2 x)$ .

$(\frac{π}{4}, 6)$ est un maximum local

$(\frac{3 π}{4}, - 6)$ est un minimum local

Étape 20