Cálculo Ejemplos

$f (x) = 4 \sin^{2} (x)$ on $[0, π]$

Paso 1

Obtén los puntos críticos.

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Paso 1.1

Obtén la primera derivada.

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Paso 1.1.1

Obtén la primera derivada.

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Paso 1.1.1.1

Como $4$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $4 \sin^{2} (x)$ con respecto a $x$ es $4 \frac{d}{d x} [\sin^{2} (x)]$ .

$4 \frac{d}{d x} [\sin^{2} (x)]$

Paso 1.1.1.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{2}$ y $g (x) = \sin (x)$ .

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Paso 1.1.1.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u$ como $\sin (x)$ .

$4 (\frac{d}{d u} [u^{2}] \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 1.1.1.2.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ es $n u^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$4 (2 u \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 1.1.1.2.3

Reemplaza todos los casos de $u$ con $\sin (x)$ .

$4 (2 \sin (x) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 1.1.1.3

Multiplica $2$ por $4$ .

$8 (\sin (x) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 1.1.1.4

La derivada de $\sin (x)$ con respecto a $x$ es $\cos (x)$ .

$8 \sin (x) \cos (x)$

Paso 1.1.1.5

Reordena los factores de $8 \sin (x) \cos (x)$ .

$f' (x) = 8 \cos (x) \sin (x)$

Paso 1.1.2

La primera derivada de $f (x)$ con respecto a $x$ es $8 \cos (x) \sin (x)$ .

$8 \cos (x) \sin (x)$

Paso 1.2

Establece la primera derivada igual a $0$ , luego resuelve la ecuación $8 \cos (x) \sin (x) = 0$ .

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Paso 1.2.1

Establece la primera derivada igual a $0$ .

$8 \cos (x) \sin (x) = 0$

Paso 1.2.2

Si cualquier factor individual en el lado izquierdo de la ecuación es igual a $0$ , la expresión completa será igual a $0$ .

$\cos (x) = 0$

$\sin (x) = 0$

Paso 1.2.3

Establece $\cos (x)$ igual a $0$ y resuelve $x$ .

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Paso 1.2.3.1

Establece $\cos (x)$ igual a $0$ .

$\cos (x) = 0$

Paso 1.2.3.2

Resuelve $\cos (x) = 0$ en $x$ .

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Paso 1.2.3.2.1

Resta la inversa del coseno de ambos lados de la ecuación para extraer $x$ del interior del coseno.

$x = \arccos (0)$

Paso 1.2.3.2.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 1.2.3.2.2.1

El valor exacto de $\arccos (0)$ es $\frac{π}{2}$ .

$x = \frac{π}{2}$

Paso 1.2.3.2.3

La función coseno es positiva en el primer y el cuarto cuadrante. Para obtener la segunda solución, resta el ángulo de referencia de $2 π$ para obtener la solución en el cuarto cuadrante.

$x = 2 π - \frac{π}{2}$

Paso 1.2.3.2.4

Simplifica $2 π - \frac{π}{2}$ .

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Paso 1.2.3.2.4.1

Para escribir $2 π$ como una fracción con un denominador común, multiplica por $\frac{2}{2}$ .

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

Paso 1.2.3.2.4.2

Combina fracciones.

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Paso 1.2.3.2.4.2.1

Combina $2 π$ y $\frac{2}{2}$ .

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

Paso 1.2.3.2.4.2.2

Combina los numeradores sobre el denominador común.

$x = \frac{2 π \cdot 2 - π}{2}$

Paso 1.2.3.2.4.3

Simplifica el numerador.

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Paso 1.2.3.2.4.3.1

Multiplica $2$ por $2$ .

$x = \frac{4 π - π}{2}$

Paso 1.2.3.2.4.3.2

Resta $π$ de $4 π$ .

$x = \frac{3 π}{2}$

Paso 1.2.3.2.5

Obtén el período de $\cos (x)$ .

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Paso 1.2.3.2.5.1

El período de la función puede calcularse mediante $\frac{2 π}{| b |}$ .

$\frac{2 π}{| b |}$

Paso 1.2.3.2.5.2

Reemplaza $b$ con $1$ en la fórmula para el período.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Paso 1.2.3.2.5.3

El valor absoluto es la distancia entre un número y cero. La distancia entre $0$ y $1$ es $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Paso 1.2.3.2.5.4

Divide $2 π$ por $1$ .

$2 π$

Paso 1.2.3.2.6

El período de la función $\cos (x)$ es $2 π$ , por lo que los valores se repetirán cada $2 π$ radianes en ambas direcciones.

$x = \frac{π}{2} + 2 π n, \frac{3 π}{2} + 2 π n$ , para cualquier número entero $n$

Paso 1.2.4

Establece $\sin (x)$ igual a $0$ y resuelve $x$ .

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Paso 1.2.4.1

Establece $\sin (x)$ igual a $0$ .

$\sin (x) = 0$

Paso 1.2.4.2

Resuelve $\sin (x) = 0$ en $x$ .

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Paso 1.2.4.2.1

Resta la inversa de seno de ambos lados de la ecuación para extraer $x$ del interior de seno.

$x = \arcsin (0)$

Paso 1.2.4.2.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 1.2.4.2.2.1

El valor exacto de $\arcsin (0)$ es $0$ .

$x = 0$

Paso 1.2.4.2.3

La función seno es positiva en el primer y el segundo cuadrante. Para obtener la segunda solución, resta el ángulo de referencia de $π$ para obtener la solución en el segundo cuadrante.

$x = π - 0$

Paso 1.2.4.2.4

Resta $0$ de $π$ .

$x = π$

Paso 1.2.4.2.5

Obtén el período de $\sin (x)$ .

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Paso 1.2.4.2.5.1

El período de la función puede calcularse mediante $\frac{2 π}{| b |}$ .

$\frac{2 π}{| b |}$

Paso 1.2.4.2.5.2

Reemplaza $b$ con $1$ en la fórmula para el período.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Paso 1.2.4.2.5.3

El valor absoluto es la distancia entre un número y cero. La distancia entre $0$ y $1$ es $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Paso 1.2.4.2.5.4

Divide $2 π$ por $1$ .

$2 π$

Paso 1.2.4.2.6

El período de la función $\sin (x)$ es $2 π$ , por lo que los valores se repetirán cada $2 π$ radianes en ambas direcciones.

$x = 2 π n, π + 2 π n$ , para cualquier número entero $n$

Paso 1.2.5

La solución final comprende todos los valores que hacen $8 \cos (x) \sin (x) = 0$ verdadera.

$x = \frac{π}{2} + 2 π n, \frac{3 π}{2} + 2 π n, 2 π n, π + 2 π n$ , para cualquier número entero $n$

Paso 1.2.6

Consolida las respuestas.

$x = \frac{π n}{2}$ , para cualquier número entero $n$

Paso 1.3

Obtén los valores en el lugar donde la derivada es indefinida.

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Paso 1.3.1

El dominio de la expresión son todos números reales, excepto cuando la expresión no está definida. En ese caso, no hay ningún número real que haga que la expresión sea indefinida.

Paso 1.4

Evalúa $4 \sin^{2} (x)$ en cada valor $x$ donde la derivada sea $0$ o indefinida.

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Paso 1.4.1

Evalúa en $x = 0$ .

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Paso 1.4.1.1

Sustituye $0$ por $x$ .

$4 \sin^{2} (0)$

Paso 1.4.1.2

Simplifica.

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Paso 1.4.1.2.1

El valor exacto de $\sin (0)$ es $0$ .

$4 \cdot 0^{2}$

Paso 1.4.1.2.2

Elevar $0$ a cualquier potencia positiva da como resultado $0$ .

$4 \cdot 0$

Paso 1.4.1.2.3

Multiplica $4$ por $0$ .

$0$

Paso 1.4.2

Evalúa en $x = \frac{π}{2}$ .

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Paso 1.4.2.1

Sustituye $\frac{π}{2}$ por $x$ .

$4 \sin^{2} (\frac{π}{2})$

Paso 1.4.2.2

Simplifica.

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Paso 1.4.2.2.1

El valor exacto de $\sin (\frac{π}{2})$ es $1$ .

$4 \cdot 1^{2}$

Paso 1.4.2.2.2

Uno elevado a cualquier potencia es uno.

$4 \cdot 1$

Paso 1.4.2.2.3

Multiplica $4$ por $1$ .

$4$

Paso 1.4.3

Enumera todos los puntos.

$(0 + π n, 0), (\frac{π}{2} + π n, 4)$ , para cualquier número entero $n$

Paso 2

Excluye los puntos que no están en el intervalo.

$(\frac{π}{2}, 4)$

Paso 3

Usa la prueba de la primera derivada para determinar qué puntos pueden ser máximos o mínimos.

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Paso 3.1

Divide $(- \infty, \infty)$ en intervalos separados alrededor de los valores de $x$ que hacen que la primera derivada sea $0$ o indefinida.

$(- \infty, 0) \cup (0, \frac{π}{2}) \cup (\frac{π}{2}, π) \cup (π, \infty)$

Paso 3.2

Sustituye cualquier número, como $- 2$ , del intervalo $(- \infty, 0)$ en la primera derivada $8 \cos (x) \sin (x)$ para comprobar si el resultado es negativo o positivo.

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Paso 3.2.1

Reemplaza la variable $x$ con $- 2$ en la expresión.

$f' (- 2) = 8 \cos (- 2) \sin (- 2)$

Paso 3.2.2

Simplifica el resultado.

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Paso 3.2.2.1

Evalúa $\cos (- 2)$ .

$f' (- 2) = 8 \cdot (- 0.41614683 \sin (- 2))$

Paso 3.2.2.2

Multiplica $8$ por $- 0.41614683$ .

$f' (- 2) = - 3.32917469 \sin (- 2)$

Paso 3.2.2.3

Evalúa $\sin (- 2)$ .

$f' (- 2) = - 3.32917469 \cdot - 0.90929742$

Paso 3.2.2.4

Multiplica $- 3.32917469$ por $- 0.90929742$ .

$f' (- 2) = 3.02720998$

Paso 3.2.2.5

La respuesta final es $3.02720998$ .

$3.02720998$

Paso 3.3

Sustituye cualquier número, como $1$ , del intervalo $(0, \frac{π}{2})$ en la primera derivada $8 \cos (x) \sin (x)$ para comprobar si el resultado es negativo o positivo.

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Paso 3.3.1

Reemplaza la variable $x$ con $1$ en la expresión.

$f' (1) = 8 \cos (1) \sin (1)$

Paso 3.3.2

Simplifica el resultado.

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Paso 3.3.2.1

Evalúa $\cos (1)$ .

$f' (1) = 8 \cdot (0.5403023 \sin (1))$

Paso 3.3.2.2

Multiplica $8$ por $0.5403023$ .

$f' (1) = 4.32241844 \sin (1)$

Paso 3.3.2.3

Evalúa $\sin (1)$ .

$f' (1) = 4.32241844 \cdot 0.84147098$

Paso 3.3.2.4

Multiplica $4.32241844$ por $0.84147098$ .

$f' (1) = 3.6371897$

Paso 3.3.2.5

La respuesta final es $3.6371897$ .

$3.6371897$

Paso 3.4

Sustituye cualquier número, como $2$ , del intervalo $(\frac{π}{2}, π)$ en la primera derivada $8 \cos (x) \sin (x)$ para comprobar si el resultado es negativo o positivo.

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Paso 3.4.1

Reemplaza la variable $x$ con $2$ en la expresión.

$f' (2) = 8 \cos (2) \sin (2)$

Paso 3.4.2

Simplifica el resultado.

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Paso 3.4.2.1

Evalúa $\cos (2)$ .

$f' (2) = 8 \cdot (- 0.41614683 \sin (2))$

Paso 3.4.2.2

Multiplica $8$ por $- 0.41614683$ .

$f' (2) = - 3.32917469 \sin (2)$

Paso 3.4.2.3

Evalúa $\sin (2)$ .

$f' (2) = - 3.32917469 \cdot 0.90929742$

Paso 3.4.2.4

Multiplica $- 3.32917469$ por $0.90929742$ .

$f' (2) = - 3.02720998$

Paso 3.4.2.5

La respuesta final es $- 3.02720998$ .

$- 3.02720998$

Paso 3.5

Sustituye cualquier número, como $6$ , del intervalo $(π, \infty)$ en la primera derivada $8 \cos (x) \sin (x)$ para comprobar si el resultado es negativo o positivo.

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Paso 3.5.1

Reemplaza la variable $x$ con $6$ en la expresión.

$f' (6) = 8 \cos (6) \sin (6)$

Paso 3.5.2

Simplifica el resultado.

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Paso 3.5.2.1

Evalúa $\cos (6)$ .

$f' (6) = 8 \cdot (0.96017028 \sin (6))$

Paso 3.5.2.2

Multiplica $8$ por $0.96017028$ .

$f' (6) = 7.68136229 \sin (6)$

Paso 3.5.2.3

Evalúa $\sin (6)$ .

$f' (6) = 7.68136229 \cdot - 0.27941549$

Paso 3.5.2.4

Multiplica $7.68136229$ por $- 0.27941549$ .

$f' (6) = - 2.14629167$

Paso 3.5.2.5

La respuesta final es $- 2.14629167$ .

$- 2.14629167$

Paso 3.6

Como la primera derivada no cambió los signos alrededor de $x = 0$ , no es un máximo local ni un mínimo local.

No es un máximo local ni un mínimo local

Paso 3.7

Como la primera derivada cambió los signos de positivo a negativo alrededor de $x = \frac{π}{2}$ , $x = \frac{π}{2}$ es un máximo local.

$x = \frac{π}{2}$ es un máximo local

Paso 3.8

Como la primera derivada no cambió los signos alrededor de $x = π$ , no es un máximo local ni un mínimo local.

No es un máximo local ni un mínimo local

Paso 3.9

Estos son los extremos locales de $f (x) = 4 \sin^{2} (x)$ .

$x = \frac{π}{2}$ es un máximo local

Paso 4

Compara los valores de $f (x)$ encontrados para cada valor de $x$ para determinar el máximo y el mínimo absolutos en el intervalo dado. El máximo ocurrirá en el valor más alto de $f (x)$ y el mínimo ocurrirá en el valor más bajo de $f (x)$ .

Máximo absoluto: $(\frac{π}{2}, 4)$

Sin mínimo absoluto

Paso 5