Calcul infinitésimal Exemples

$f (x) = 3 x {(x + 5)}^{2}$

Étape 1

Déterminez la dérivée seconde.

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Étape 1.1

Déterminez la dérivée première.

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Étape 1.1.1

Réécrivez ${(x + 5)}^{2}$ comme $(x + 5) (x + 5)$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x ((x + 5) (x + 5)))$

Étape 1.1.2

Développez $(x + 5) (x + 5)$ à l’aide de la méthode FOIL.

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Étape 1.1.2.1

Appliquez la propriété distributive.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x (x + 5) + 5 (x + 5)))$

Étape 1.1.2.2

Appliquez la propriété distributive.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x \cdot x + x \cdot 5 + 5 (x + 5)))$

Étape 1.1.2.3

Appliquez la propriété distributive.

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x \cdot x + x \cdot 5 + 5 x + 5 \cdot 5))$

Étape 1.1.3

Simplifiez et associez les termes similaires.

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Étape 1.1.3.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 1.1.3.1.1

Multipliez $x$ par $x$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x^{2} + x \cdot 5 + 5 x + 5 \cdot 5))$

Étape 1.1.3.1.2

Déplacez $5$ à gauche de $x$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x^{2} + 5 \cdot x + 5 x + 5 \cdot 5))$

Étape 1.1.3.1.3

Multipliez $5$ par $5$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x^{2} + 5 x + 5 x + 25))$

Étape 1.1.3.2

Additionnez $5 x$ et $5 x$ .

$f' (x) = \frac{d}{d x} (3 x (x^{2} + 10 x + 25))$

Étape 1.1.4

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $3 x (x^{2} + 10 x + 25)$ par rapport à $x$ est $3 \frac{d}{d x} [x (x^{2} + 10 x + 25)]$ .

$f' (x) = 3 \frac{d}{d x} (x (x^{2} + 10 x + 25))$

Étape 1.1.5

Différenciez en utilisant la règle de produit qui indique que $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ est $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ où $f (x) = x$ et $g (x) = x^{2} + 10 x + 25$ .

$f' (x) = 3 (x \frac{d}{d x} (x^{2} + 10 x + 25) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6

Différenciez.

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Étape 1.1.6.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $x^{2} + 10 x + 25$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [10 x] + \frac{d}{d x} [25]$ .

$f' (x) = 3 (x (\frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (10 x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.2

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

$f' (x) = 3 (x (2 x + \frac{d}{d x} (10 x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.3

Comme $10$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $10 x$ par rapport à $x$ est $10 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10 \frac{d}{d x} (x) + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.4

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

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.5

Multipliez $10$ par $1$ .

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10 + \frac{d}{d x} (25)) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.6

Comme $25$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $25$ par rapport à $x$ est $0$ .

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10 + 0) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.7

Additionnez $2 x + 10$ et $0$ .

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10) + (x^{2} + 10 x + 25) \frac{d}{d x} (x))$

Étape 1.1.6.8

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

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10) + (x^{2} + 10 x + 25) \cdot 1)$

Étape 1.1.6.9

Multipliez $x^{2} + 10 x + 25$ par $1$ .

$f' (x) = 3 (x (2 x + 10) + x^{2} + 10 x + 25)$

Étape 1.1.7

Simplifiez

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Étape 1.1.7.1

Appliquez la propriété distributive.

$f' (x) = 3 (x (2 x) + x \cdot 10 + x^{2} + 10 x + 25)$

Étape 1.1.7.2

Appliquez la propriété distributive.

$f' (x) = 3 (x (2 x)) + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3

Associez des termes.

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Étape 1.1.7.3.1

Élevez $x$ à la puissance $1$ .

$f' (x) = 3 (2 (x \cdot x)) + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.2

Élevez $x$ à la puissance $1$ .

$f' (x) = 3 (2 (x \cdot x)) + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.3

Utilisez la règle de puissance $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ pour associer des exposants.

$f' (x) = 3 (2 x^{1 + 1}) + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.4

Additionnez $1$ et $1$ .

$f' (x) = 3 (2 x^{2}) + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.5

Multipliez $2$ par $3$ .

$f' (x) = 6 x^{2} + 3 (x \cdot 10) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.6

Déplacez $10$ à gauche de $x$ .

$f' (x) = 6 x^{2} + 3 (10 \cdot x) + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.7

Multipliez $10$ par $3$ .

$f' (x) = 6 x^{2} + 30 x + 3 x^{2} + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.8

Additionnez $6 x^{2}$ et $3 x^{2}$ .

$f' (x) = 9 x^{2} + 30 x + 3 (10 x) + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.9

Multipliez $10$ par $3$ .

$f' (x) = 9 x^{2} + 30 x + 30 x + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.10

Additionnez $30 x$ et $30 x$ .

$f' (x) = 9 x^{2} + 60 x + 3 \cdot 25$

Étape 1.1.7.3.11

Multipliez $3$ par $25$ .

$f' (x) = 9 x^{2} + 60 x + 75$

Étape 1.2

Déterminez la dérivée seconde.

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Étape 1.2.1

Selon la règle de la somme, la dérivée de $9 x^{2} + 60 x + 75$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [9 x^{2}] + \frac{d}{d x} [60 x] + \frac{d}{d x} [75]$ .

$f'' (x) = \frac{d}{d x} (9 x^{2}) + \frac{d}{d x} (60 x) + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.2

Évaluez $\frac{d}{d x} [9 x^{2}]$ .

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Étape 1.2.2.1

Comme $9$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $9 x^{2}$ par rapport à $x$ est $9 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$f'' (x) = 9 \frac{d}{d x} (x^{2}) + \frac{d}{d x} (60 x) + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.2.2

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

$f'' (x) = 9 (2 x) + \frac{d}{d x} (60 x) + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.2.3

Multipliez $2$ par $9$ .

$f'' (x) = 18 x + \frac{d}{d x} (60 x) + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [60 x]$ .

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Étape 1.2.3.1

Comme $60$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $60 x$ par rapport à $x$ est $60 \frac{d}{d x} [x]$ .

$f'' (x) = 18 x + 60 \frac{d}{d x} (x) + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.3.2

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

$f'' (x) = 18 x + 60 \cdot 1 + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.3.3

Multipliez $60$ par $1$ .

$f'' (x) = 18 x + 60 + \frac{d}{d x} (75)$

Étape 1.2.4

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 1.2.4.1

Comme $75$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $75$ par rapport à $x$ est $0$ .

$f'' (x) = 18 x + 60 + 0$

Étape 1.2.4.2

Additionnez $18 x + 60$ et $0$ .

$f'' (x) = 18 x + 60$

Étape 1.3

La dérivée seconde de $f (x)$ par rapport à $x$ est $18 x + 60$ .

$18 x + 60$

Étape 2

Définissez la dérivée seconde égale à $0$ puis résolvez l’équation $18 x + 60 = 0$ .

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Étape 2.1

Définissez la dérivée seconde égale à $0$ .

$18 x + 60 = 0$

Étape 2.2

Soustrayez $60$ des deux côtés de l’équation.

$18 x = - 60$

Étape 2.3

Divisez chaque terme dans $18 x = - 60$ par $18$ et simplifiez.

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Étape 2.3.1

Divisez chaque terme dans $18 x = - 60$ par $18$ .

$\frac{18 x}{18} = \frac{- 60}{18}$

Étape 2.3.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 2.3.2.1

Annulez le facteur commun de $18$ .

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Étape 2.3.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{18 x}{18} = \frac{- 60}{18}$

Étape 2.3.2.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$x = \frac{- 60}{18}$

Étape 2.3.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 2.3.3.1

Annulez le facteur commun à $- 60$ et $18$ .

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Étape 2.3.3.1.1

Factorisez $6$ à partir de $- 60$ .

$x = \frac{6 (- 10)}{18}$

Étape 2.3.3.1.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 2.3.3.1.2.1

Factorisez $6$ à partir de $18$ .

$x = \frac{6 \cdot - 10}{6 \cdot 3}$

Étape 2.3.3.1.2.2

Annulez le facteur commun.

$x = \frac{6 \cdot - 10}{6 \cdot 3}$

Étape 2.3.3.1.2.3

Réécrivez l’expression.

$x = \frac{- 10}{3}$

Étape 2.3.3.2

Placez le signe moins devant la fraction.

$x = - \frac{10}{3}$

Étape 3

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

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Étape 3.1

Remplacez $- \frac{10}{3}$ dans $f (x) = 3 x {(x + 5)}^{2}$ pour déterminer la valeur de $y$ .

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Étape 3.1.1

Remplacez la variable $x$ par $- \frac{10}{3}$ dans l’expression.

$f (- \frac{10}{3}) = 3 (- \frac{10}{3}) {((- \frac{10}{3}) + 5)}^{2}$

Étape 3.1.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 3.1.2.1

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 3.1.2.1.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{10}{3}$ dans le numérateur.

$f (- \frac{10}{3}) = 3 (\frac{- 10}{3}) \cdot {((- \frac{10}{3}) + 5)}^{2}$

Étape 3.1.2.1.2

Annulez le facteur commun.

$f (- \frac{10}{3}) = 3 (\frac{- 10}{3}) \cdot {((- \frac{10}{3}) + 5)}^{2}$

Étape 3.1.2.1.3

Réécrivez l’expression.

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {((- \frac{10}{3}) + 5)}^{2}$

Étape 3.1.2.2

Pour écrire $5$ comme une fraction avec un dénominateur commun, multipliez par $\frac{3}{3}$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {(- \frac{10}{3} + 5 \cdot \frac{3}{3})}^{2}$

Étape 3.1.2.3

Associez $5$ et $\frac{3}{3}$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {(- \frac{10}{3} + \frac{5 \cdot 3}{3})}^{2}$

Étape 3.1.2.4

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {(\frac{- 10 + 5 \cdot 3}{3})}^{2}$

Étape 3.1.2.5

Simplifiez le numérateur.

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Étape 3.1.2.5.1

Multipliez $5$ par $3$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {(\frac{- 10 + 15}{3})}^{2}$

Étape 3.1.2.5.2

Additionnez $- 10$ et $15$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 {(\frac{5}{3})}^{2}$

Étape 3.1.2.6

Appliquez la règle de produit à $\frac{5}{3}$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 \frac{5^{2}}{3^{2}}$

Étape 3.1.2.7

Élevez $5$ à la puissance $2$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 \frac{25}{3^{2}}$

Étape 3.1.2.8

Élevez $3$ à la puissance $2$ .

$f (- \frac{10}{3}) = - 10 (\frac{25}{9})$

Étape 3.1.2.9

Multipliez $- 10 (\frac{25}{9})$ .

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Étape 3.1.2.9.1

Associez $- 10$ et $\frac{25}{9}$ .

$f (- \frac{10}{3}) = \frac{- 10 \cdot 25}{9}$

Étape 3.1.2.9.2

Multipliez $- 10$ par $25$ .

$f (- \frac{10}{3}) = \frac{- 250}{9}$

Étape 3.1.2.10

Placez le signe moins devant la fraction.

$f (- \frac{10}{3}) = - \frac{250}{9}$

Étape 3.1.2.11

La réponse finale est $- \frac{250}{9}$ .

$- \frac{250}{9}$

Étape 3.2

Le point trouvé en remplaçant $- \frac{10}{3}$ dans $f (x) = 3 x {(x + 5)}^{2}$ est $(- \frac{10}{3}, - \frac{250}{9})$ . Ce point peut être un point d’inflexion.

$(- \frac{10}{3}, - \frac{250}{9})$

Étape 4

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

$(- \infty, - \frac{10}{3}) \cup (- \frac{10}{3}, \infty)$

Étape 5

Remplacez une valeur de l’intervalle $(- \infty, - \frac{10}{3})$ dans la dérivée seconde afin de déterminer si elle est croissante ou décroissante.

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Étape 5.1

Remplacez la variable $x$ par $- 3.4\overline{3}$ dans l’expression.

$f'' (- 3.4\overline{3}) = 18 (- 3.4\overline{3}) + 60$

Étape 5.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 5.2.1

Multipliez $18$ par $- 3.4\overline{3}$ .

$f'' (- 3.4\overline{3}) = - 61.8 + 60$

Étape 5.2.2

Additionnez $- 61.8$ et $60$ .

$f'' (- 3.4\overline{3}) = - 1.8$

Étape 5.2.3

La réponse finale est $- 1.8$ .

$- 1.8$

Étape 5.3

Sur $- 3.4\overline{3}$ , la dérivée seconde est $- 1.8$ . Comme elle est négative, la dérivée seconde est décroissante sur l’intervalle $(- \infty, - \frac{10}{3})$

Diminue sur $(- \infty, - \frac{10}{3})$ depuis $f'' (x) < 0$

Étape 6

Remplacez une valeur de l’intervalle $(- \frac{10}{3}, \infty)$ 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 $- 3.2\overline{3}$ dans l’expression.

$f'' (- 3.2\overline{3}) = 18 (- 3.2\overline{3}) + 60$

Étape 6.2

Simplifiez le résultat.

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Étape 6.2.1

Multipliez $18$ par $- 3.2\overline{3}$ .

$f'' (- 3.2\overline{3}) = - 58.2 + 60$

Étape 6.2.2

Additionnez $- 58.2$ et $60$ .

$f'' (- 3.2\overline{3}) = 1.7\overline{9}$

Étape 6.2.3

La réponse finale est $1.7\overline{9}$ .

$1.7\overline{9}$

Étape 6.3

Sur $- 3.2\overline{3}$ , la dérivée seconde est $1.7\overline{9}$ . Comme elle est positive, la dérivée seconde augmente sur l’intervalle $(- \frac{10}{3}, \infty)$ .

Augmente sur $(- \frac{10}{3}, \infty)$ depuis $f'' (x) > 0$

Étape 7

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 $(- \frac{10}{3}, - \frac{250}{9})$ .

$(- \frac{10}{3}, - \frac{250}{9})$

Étape 8