Cálculo Exemplos

$f (x, y) = 20 x y - x^{3} - 10 y^{2}$

Etapa 1

Escreva $f (x, y) - 20 x y + x^{3} + 10 y^{2} = 0$ como uma função.

$f (x) = f (x, y) - 20 x y + x^{3} + 10 y^{2}$

Etapa 2

Mova todas as expressões para o lado esquerdo da equação.

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Etapa 2.1

Subtraia $20 x y$ dos dois lados da equação.

$f (x, y) - 20 x y = - x^{3} - 10 y^{2}$

Etapa 2.2

Some $x^{3}$ aos dois lados da equação.

$f (x, y) - 20 x y + x^{3} = - 10 y^{2}$

Etapa 2.3

Some $10 y^{2}$ aos dois lados da equação.

$f (x, y) - 20 x y + x^{3} + 10 y^{2} = 0$

Etapa 3

Encontre a primeira derivada da função.

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Etapa 3.1

De acordo com a regra da soma, a derivada de $f (x, y) - 20 x y + x^{3} + 10 y^{2}$ com relação a $x$ é $\frac{d}{d x} [f (x, y)] + \frac{d}{d x} [- 20 x y] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [f (x, y)] + \frac{d}{d x} [- 20 x y] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.2

Multiplique $f$ por cada elemento da matriz.

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] + \frac{d}{d x} [- 20 x y] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.3

Avalie $\frac{d}{d x} [- 20 x y]$ .

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Etapa 3.3.1

Como $- 20 y$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $- 20 x y$ em relação a $x$ é $- 20 y \frac{d}{d x} [x]$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.3.2

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y \cdot 1 + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.3.3

Multiplique $- 20$ por $1$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.4

Diferencie.

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Etapa 3.4.1

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 3$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2} + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 3.4.2

Como $10 y^{2}$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $10 y^{2}$ em relação a $x$ é $0$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2} + 0$

Etapa 3.5

Simplifique.

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Etapa 3.5.1

Some $\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2}$ e $0$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2}$

Etapa 3.5.2

Reordene os termos.

$3 x^{2} - 20 y + \frac{d}{d x} [(f x, f y)]$

Etapa 4

Encontre a segunda derivada da função.

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Etapa 4.1

De acordo com a regra da soma, a derivada de $3 x^{2} - 20 y + \frac{d}{d x} ((f x, f y))$ com relação a $x$ é $\frac{d}{d x} [3 x^{2}] + \frac{d}{d x} [- 20 y] + \frac{d}{d x} [\frac{d}{d x} ((f x, f y))]$ .

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

Etapa 4.2

Avalie $\frac{d}{d x} [3 x^{2}]$ .

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Etapa 4.2.1

Como $3$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $3 x^{2}$ em relação a $x$ é $3 \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

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

Etapa 4.2.2

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 2$ .

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

Etapa 4.2.3

Multiplique $2$ por $3$ .

$f'' (x) = 6 x + \frac{d}{d x} (- 20 y) + \frac{d}{d x} (\frac{d}{d x} \cdot ((f x, f y)))$

Etapa 4.3

Como $- 20 y$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $- 20 y$ em relação a $x$ é $0$ .

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} (\frac{d}{d x} \cdot ((f x, f y)))$

Etapa 4.4

Avalie $\frac{d}{d x} [\frac{d}{d x} ((f x, f y))]$ .

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Etapa 4.4.1

Cancele o fator comum de $d$ .

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Etapa 4.4.1.1

Cancele o fator comum.

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} (\frac{d}{d x} \cdot (f x, f y))$

Etapa 4.4.1.2

Reescreva a expressão.

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} (\frac{1}{x} \cdot (f x, f y))$

Etapa 4.4.2

Multiplique $\frac{1}{x}$ por cada elemento da matriz.

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((\frac{1}{x} \cdot (f x), \frac{1}{x} \cdot (f y)))$

Etapa 4.4.3

Simplifique cada elemento da matriz.

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Etapa 4.4.3.1

Cancele o fator comum de $x$ .

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Etapa 4.4.3.1.1

Fatore $x$ de $f x$ .

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((\frac{1}{x} \cdot (x f), \frac{1}{x} \cdot (f y)))$

Etapa 4.4.3.1.2

Cancele o fator comum.

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((\frac{1}{x} \cdot (x f), \frac{1}{x} \cdot (f y)))$

Etapa 4.4.3.1.3

Reescreva a expressão.

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((f, \frac{1}{x} \cdot (f y)))$

Etapa 4.4.3.2

Multiplique $\frac{1}{x} (f y)$ .

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Etapa 4.4.3.2.1

Combine $f$ e $\frac{1}{x}$ .

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((f, \frac{f}{x} \cdot y))$

Etapa 4.4.3.2.2

Combine $\frac{f}{x}$ e $y$ .

$f'' (x) = 6 x + 0 + \frac{d}{d x} ((f, \frac{f y}{x}))$

Etapa 4.5

Some $6 x$ e $0$ .

$f'' (x) = 6 x + \frac{d}{d x} ((f, \frac{f y}{x}))$

Etapa 5

Para encontrar os valores máximo local e mínimo local da função, defina a derivada como igual a $0$ e resolva.

$3 x^{2} - 20 y + \frac{d}{d x} ((f x, f y)) = 0$

Etapa 6

Encontre a primeira derivada.

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Etapa 6.1

Encontre a primeira derivada.

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Etapa 6.1.1

$\frac{d}{d x} [f (x, y)] + \frac{d}{d x} [- 20 x y] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.2

Multiplique $f$ por cada elemento da matriz.

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] + \frac{d}{d x} [- 20 x y] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.3

Avalie $\frac{d}{d x} [- 20 x y]$ .

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Etapa 6.1.3.1

Como $- 20 y$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $- 20 x y$ em relação a $x$ é $- 20 y \frac{d}{d x} [x]$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.3.2

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y \cdot 1 + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.3.3

Multiplique $- 20$ por $1$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + \frac{d}{d x} [x^{3}] + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.4

Diferencie.

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Etapa 6.1.4.1

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 3$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2} + \frac{d}{d x} [10 y^{2}]$

Etapa 6.1.4.2

Como $10 y^{2}$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $10 y^{2}$ em relação a $x$ é $0$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2} + 0$

Etapa 6.1.5

Simplifique.

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Etapa 6.1.5.1

Some $\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2}$ e $0$ .

$\frac{d}{d x} [(f x, f y)] - 20 y + 3 x^{2}$

Etapa 6.1.5.2

Reordene os termos.

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

Etapa 6.2

A primeira derivada de $f (x)$ com relação a $x$ é $3 x^{2} - 20 y + \frac{d}{d x} ((f x, f y))$ .

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

Etapa 7

Defina a primeira derivada como igual a $0$ .

$3 x^{2} - 20 y + \frac{d}{d x} ((f x, f y)) = 0$

Etapa 8

Encontre os valores em que a derivada é indefinida.

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Etapa 8.1

Defina o denominador em $\frac{d}{d x}$ como igual a $0$ para encontrar onde a expressão está indefinida.

$d x = 0$

Etapa 8.2

Divida cada termo em $d x = 0$ por $d$ e simplifique.

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Etapa 8.2.1

Divida cada termo em $d x = 0$ por $d$ .

$\frac{d x}{d} = \frac{0}{d}$

Etapa 8.2.2

Simplifique o lado esquerdo.

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Etapa 8.2.2.1

Cancele o fator comum de $d$ .

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Etapa 8.2.2.1.1

Cancele o fator comum.

$\frac{d x}{d} = \frac{0}{d}$

Etapa 8.2.2.1.2

Divida $x$ por $1$ .

$x = \frac{0}{d}$

Etapa 8.2.3

Simplifique o lado direito.

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Etapa 8.2.3.1

Divida $0$ por $d$ .

$x = 0$

Etapa 9

Pontos críticos para avaliar.

$x = 0$

Etapa 10

Avalie a segunda derivada em $x = 0$ . Se a segunda derivada for positiva, este será um mínimo local. Se for negativa, será um máximo local.

$6 (0) + \frac{d}{d (0)} ((f, \frac{f y}{0}))$

Etapa 11

Avalie a segunda derivada.

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Etapa 11.1

Multiplique $d$ por $0$ .

$6 (0) + \frac{d}{0} (f, \frac{f y}{0})$

Etapa 11.2

A expressão contém uma divisão por $0$ . A expressão é indefinida.

Indefinido

Etapa 12

Como o teste da primeira derivada falhou, não há um extremo local.

Nenhum extremo local

Etapa 13