Calcul infinitésimal Exemples

$y = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$

Étape 1

Écrivez $y = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ comme une fonction.

$f (x) = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$

Étape 2

Déterminez la dérivée seconde.

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Étape 2.1

Déterminez la dérivée première.

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Étape 2.1.1

Différenciez.

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Étape 2.1.1.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 5 x^{4}] + \frac{d}{d x} [3 x] + \frac{d}{d x} [7]$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (x^{5}) + \frac{d}{d x} (- 5 x^{4}) + \frac{d}{d x} (3 x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.1.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 5$ .

$f' (x) = 5 x^{4} + \frac{d}{d x} (- 5 x^{4}) + \frac{d}{d x} (3 x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 5 x^{4}]$ .

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Étape 2.1.2.1

Comme $- 5$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 5 x^{4}$ par rapport à $x$ est $- 5 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 5 \frac{d}{d x} x^{4} + \frac{d}{d x} (3 x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.2.2

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

$f' (x) = 5 x^{4} - 5 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (3 x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.2.3

Multipliez $4$ par $- 5$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + \frac{d}{d x} (3 x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [3 x]$ .

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Étape 2.1.3.1

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

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + 3 \frac{d}{d x} (x) + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.3.2

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

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + 3 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.3.3

Multipliez $3$ par $1$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + 3 + \frac{d}{d x} (7)$

Étape 2.1.4

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 2.1.4.1

Comme $7$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $7$ par rapport à $x$ est $0$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + 3 + 0$

Étape 2.1.4.2

Additionnez $5 x^{4} - 20 x^{3} + 3$ et $0$ .

$f' (x) = 5 x^{4} - 20 x^{3} + 3$

Étape 2.2

Déterminez la dérivée seconde.

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Étape 2.2.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $5 x^{4} - 20 x^{3} + 3$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [5 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 20 x^{3}] + \frac{d}{d x} [3]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 20 x^{3}) + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [5 x^{4}]$ .

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Étape 2.2.2.1

Comme $5$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $5 x^{4}$ par rapport à $x$ est $5 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ .

$f'' (x) = 5 \frac{d}{d x} (x^{4}) + \frac{d}{d x} (- 20 x^{3}) + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.2.2

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

$f'' (x) = 5 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} (- 20 x^{3}) + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.2.3

Multipliez $4$ par $5$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} + \frac{d}{d x} (- 20 x^{3}) + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [- 20 x^{3}]$ .

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Étape 2.2.3.1

Comme $- 20$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $- 20 x^{3}$ par rapport à $x$ est $- 20 \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 20 \frac{d}{d x} x^{3} + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.3.2

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

$f'' (x) = 20 x^{3} - 20 (3 x^{2}) + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.3.3

Multipliez $3$ par $- 20$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 60 x^{2} + \frac{d}{d x} (3)$

Étape 2.2.4

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 2.2.4.1

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $3$ par rapport à $x$ est $0$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 60 x^{2} + 0$

Étape 2.2.4.2

Additionnez $20 x^{3} - 60 x^{2}$ et $0$ .

$f'' (x) = 20 x^{3} - 60 x^{2}$

Étape 2.3

La dérivée seconde de $f (x)$ par rapport à $x$ est $20 x^{3} - 60 x^{2}$ .

$20 x^{3} - 60 x^{2}$

Étape 3

Définissez la dérivée seconde égale à $0$ puis résolvez l’équation $20 x^{3} - 60 x^{2} = 0$ .

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Étape 3.1

Définissez la dérivée seconde égale à $0$ .

$20 x^{3} - 60 x^{2} = 0$

Étape 3.2

Factorisez $20 x^{2}$ à partir de $20 x^{3} - 60 x^{2}$ .

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Étape 3.2.1

Factorisez $20 x^{2}$ à partir de $20 x^{3}$ .

$20 x^{2} (x) - 60 x^{2} = 0$

Étape 3.2.2

Factorisez $20 x^{2}$ à partir de $- 60 x^{2}$ .

$20 x^{2} (x) + 20 x^{2} (- 3) = 0$

Étape 3.2.3

Factorisez $20 x^{2}$ à partir de $20 x^{2} (x) + 20 x^{2} (- 3)$ .

$20 x^{2} (x - 3) = 0$

Étape 3.3

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

$x^{2} = 0$

$x - 3 = 0$

Étape 3.4

Définissez $x^{2}$ égal à $0$ et résolvez $x$ .

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Étape 3.4.1

Définissez $x^{2}$ égal à $0$ .

$x^{2} = 0$

Étape 3.4.2

Résolvez $x^{2} = 0$ pour $x$ .

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Étape 3.4.2.1

Take the specified root of both sides of the equation to eliminate the exponent on the left side.

$x = \pm \sqrt{0}$

Étape 3.4.2.2

Simplifiez $\pm \sqrt{0}$ .

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Étape 3.4.2.2.1

Réécrivez $0$ comme $0^{2}$ .

$x = \pm \sqrt{0^{2}}$

Étape 3.4.2.2.2

Extrayez les termes de sous le radical, en supposant qu’il s’agit de nombres réels positifs.

$x = \pm 0$

Étape 3.4.2.2.3

Plus ou moins $0$ est $0$ .

$x = 0$

Étape 3.5

Définissez $x - 3$ égal à $0$ et résolvez $x$ .

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Étape 3.5.1

Définissez $x - 3$ égal à $0$ .

$x - 3 = 0$

Étape 3.5.2

Ajoutez $3$ aux deux côtés de l’équation.

$x = 3$

Étape 3.6

La solution finale est l’ensemble des valeurs qui rendent $20 x^{2} (x - 3) = 0$ vraie.

$x = 0, 3$

Étape 4

Déterminez les points où se trouve la dérivée seconde $0$ .

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Étape 4.1

Remplacez $0$ dans $f (x) = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ pour déterminer la valeur de $y$ .

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Étape 4.1.1

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

$f (0) = {(0)}^{5} - 5 {(0)}^{4} + 3 (0) + 7$

Étape 4.1.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 4.1.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 4.1.2.1.1

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

$f (0) = 0 - 5 {(0)}^{4} + 3 (0) + 7$

Étape 4.1.2.1.2

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

$f (0) = 0 - 5 \cdot 0 + 3 (0) + 7$

Étape 4.1.2.1.3

Multipliez $- 5$ par $0$ .

$f (0) = 0 + 0 + 3 (0) + 7$

Étape 4.1.2.1.4

Multipliez $3$ par $0$ .

$f (0) = 0 + 0 + 0 + 7$

Étape 4.1.2.2

Simplifiez en ajoutant des nombres.

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Étape 4.1.2.2.1

Additionnez $0$ et $0$ .

$f (0) = 0 + 0 + 7$

Étape 4.1.2.2.2

Additionnez $0$ et $0$ .

$f (0) = 0 + 7$

Étape 4.1.2.2.3

Additionnez $0$ et $7$ .

$f (0) = 7$

Étape 4.1.2.3

La réponse finale est $7$ .

$7$

Étape 4.2

Le point trouvé en remplaçant $0$ dans $f (x) = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ est $(0, 7)$ . Ce point peut être un point d’inflexion.

$(0, 7)$

Étape 4.3

Remplacez $3$ dans $f (x) = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ pour déterminer la valeur de $y$ .

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Étape 4.3.1

Remplacez la variable $x$ par $3$ dans l’expression.

$f (3) = {(3)}^{5} - 5 {(3)}^{4} + 3 (3) + 7$

Étape 4.3.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 4.3.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 4.3.2.1.1

Élevez $3$ à la puissance $5$ .

$f (3) = 243 - 5 {(3)}^{4} + 3 (3) + 7$

Étape 4.3.2.1.2

Élevez $3$ à la puissance $4$ .

$f (3) = 243 - 5 \cdot 81 + 3 (3) + 7$

Étape 4.3.2.1.3

Multipliez $- 5$ par $81$ .

$f (3) = 243 - 405 + 3 (3) + 7$

Étape 4.3.2.1.4

Multipliez $3$ par $3$ .

$f (3) = 243 - 405 + 9 + 7$

Étape 4.3.2.2

Simplifiez en ajoutant et en soustrayant.

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Étape 4.3.2.2.1

Soustrayez $405$ de $243$ .

$f (3) = - 162 + 9 + 7$

Étape 4.3.2.2.2

Additionnez $- 162$ et $9$ .

$f (3) = - 153 + 7$

Étape 4.3.2.2.3

Additionnez $- 153$ et $7$ .

$f (3) = - 146$

Étape 4.3.2.3

La réponse finale est $- 146$ .

$- 146$

Étape 4.4

Le point trouvé en remplaçant $3$ dans $f (x) = x^{5} - 5 x^{4} + 3 x + 7$ est $(3, - 146)$ . Ce point peut être un point d’inflexion.

$(3, - 146)$

Étape 4.5

Déterminez les points qui pourraient être des points d’inflexion.

$(0, 7), (3, - 146)$

Étape 5

Divisez $(- \infty, \infty)$ en intervalles autour des points qui pourraient potentiellement être des points d’inflexion.

$(- \infty, 0) \cup (0, 3) \cup (3, \infty)$

Étape 6

Remplacez une valeur de l’intervalle $(- \infty, 0)$ dans la dérivée seconde afin de déterminer si elle est croissante ou décroissante.

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Étape 6.1

Remplacez la variable $x$ par $- 0.1$ dans l’expression.

$f'' (- 0.1) = 20 {(- 0.1)}^{3} - 60 {(- 0.1)}^{2}$

Étape 6.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 6.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 6.2.1.1

Élevez $- 0.1$ à la puissance $3$ .

$f'' (- 0.1) = 20 \cdot - 0.001 - 60 {(- 0.1)}^{2}$

Étape 6.2.1.2

Multipliez $20$ par $- 0.001$ .

$f'' (- 0.1) = - 0.02 - 60 {(- 0.1)}^{2}$

Étape 6.2.1.3

Élevez $- 0.1$ à la puissance $2$ .

$f'' (- 0.1) = - 0.02 - 60 \cdot 0.01$

Étape 6.2.1.4

Multipliez $- 60$ par $0.01$ .

$f'' (- 0.1) = - 0.02 - 0.6$

Étape 6.2.2

Soustrayez $0.6$ de $- 0.02$ .

$f'' (- 0.1) = - 0.62$

Étape 6.2.3

La réponse finale est $- 0.62$ .

$- 0.62$

Étape 6.3

Sur $- 0.1$ , la dérivée seconde est $- 0.62$ . Comme elle est négative, la dérivée seconde est décroissante sur l’intervalle $(- \infty, 0)$

Diminue sur $(- \infty, 0)$ depuis $f'' (x) < 0$

Étape 7

Remplacez une valeur de l’intervalle $(0, 3)$ dans la dérivée seconde afin de déterminer si elle est croissante ou décroissante.

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Étape 7.1

Remplacez la variable $x$ par $\frac{3}{2}$ dans l’expression.

$f'' (\frac{3}{2}) = 20 {(\frac{3}{2})}^{3} - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 7.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 7.2.1.1

Appliquez la règle de produit à $\frac{3}{2}$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = 20 (\frac{3^{3}}{2^{3}}) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.2

Élevez $3$ à la puissance $3$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = 20 (\frac{27}{2^{3}}) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.3

Élevez $2$ à la puissance $3$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = 20 (\frac{27}{8}) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.4

Annulez le facteur commun de $4$ .

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Étape 7.2.1.4.1

Factorisez $4$ à partir de $20$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = 4 (5) (\frac{27}{8}) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.4.2

Factorisez $4$ à partir de $8$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = 4 \cdot (5 (\frac{27}{4 \cdot 2})) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.4.3

Annulez le facteur commun.

$f'' (\frac{3}{2}) = 4 \cdot (5 (\frac{27}{4 \cdot 2})) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.4.4

Réécrivez l’expression.

$f'' (\frac{3}{2}) = 5 (\frac{27}{2}) - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.5

Associez $5$ et $\frac{27}{2}$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{5 \cdot 27}{2} - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.6

Multipliez $5$ par $27$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 60 {(\frac{3}{2})}^{2}$

Étape 7.2.1.7

Appliquez la règle de produit à $\frac{3}{2}$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 60 \frac{3^{2}}{2^{2}}$

Étape 7.2.1.8

Élevez $3$ à la puissance $2$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 60 \frac{9}{2^{2}}$

Étape 7.2.1.9

Élevez $2$ à la puissance $2$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 60 (\frac{9}{4})$

Étape 7.2.1.10

Annulez le facteur commun de $4$ .

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Étape 7.2.1.10.1

Factorisez $4$ à partir de $- 60$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} + 4 (- 15) (\frac{9}{4})$

Étape 7.2.1.10.2

Annulez le facteur commun.

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} + 4 \cdot (- 15 (\frac{9}{4}))$

Étape 7.2.1.10.3

Réécrivez l’expression.

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 15 \cdot 9$

Étape 7.2.1.11

Multipliez $- 15$ par $9$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 135$

Étape 7.2.2

Pour écrire $- 135$ comme une fraction avec un dénominateur commun, multipliez par $\frac{2}{2}$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} - 135 \cdot \frac{2}{2}$

Étape 7.2.3

Associez $- 135$ et $\frac{2}{2}$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135}{2} + \frac{- 135 \cdot 2}{2}$

Étape 7.2.4

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135 - 135 \cdot 2}{2}$

Étape 7.2.5

Simplifiez le numérateur.

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Étape 7.2.5.1

Multipliez $- 135$ par $2$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{135 - 270}{2}$

Étape 7.2.5.2

Soustrayez $270$ de $135$ .

$f'' (\frac{3}{2}) = \frac{- 135}{2}$

Étape 7.2.6

Placez le signe moins devant la fraction.

$f'' (\frac{3}{2}) = - \frac{135}{2}$

Étape 7.2.7

La réponse finale est $- \frac{135}{2}$ .

$- \frac{135}{2}$

Étape 7.3

Sur $\frac{3}{2}$ , la dérivée seconde est $- 67.5$ . Comme elle est négative, la dérivée seconde est décroissante sur l’intervalle $(0, 3)$

Diminue sur $(0, 3)$ depuis $f'' (x) < 0$

Étape 8

Remplacez une valeur de l’intervalle $(3, \infty)$ dans la dérivée seconde afin de déterminer si elle est croissante ou décroissante.

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Étape 8.1

Remplacez la variable $x$ par $3.1$ dans l’expression.

$f'' (3.1) = 20 {(3.1)}^{3} - 60 {(3.1)}^{2}$

Étape 8.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 8.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 8.2.1.1

Élevez $3.1$ à la puissance $3$ .

$f'' (3.1) = 20 \cdot 29.791 - 60 {(3.1)}^{2}$

Étape 8.2.1.2

Multipliez $20$ par $29.791$ .

$f'' (3.1) = 595.82 - 60 {(3.1)}^{2}$

Étape 8.2.1.3

Élevez $3.1$ à la puissance $2$ .

$f'' (3.1) = 595.82 - 60 \cdot 9.61$

Étape 8.2.1.4

Multipliez $- 60$ par $9.61$ .

$f'' (3.1) = 595.82 - 576.6$

Étape 8.2.2

Soustrayez $576.6$ de $595.82$ .

$f'' (3.1) = 19.22$

Étape 8.2.3

La réponse finale est $19.22$ .

$19.22$

Étape 8.3

Sur $3.1$ , la dérivée seconde est $19.22$ . Comme elle est positive, la dérivée seconde augmente sur l’intervalle $(3, \infty)$ .

Augmente sur $(3, \infty)$ depuis $f'' (x) > 0$

Étape 9

Un point d’inflexion est un point sur une courbe sur lequel la concavité passe du signe plus au signe moins ou du signe moins au signe plus. Dans ce cas, le point d’inflexion est $(3, - 146)$ .

$(3, - 146)$

Étape 10