Enunciado

Faça gráficos de f que revelem todos os aspectos importantes da curva. Em particular, você deve usar gráficos de f '   e   f ' ' para estivar os intervalos crescentes e decrescentes, valores extremos, intervalos de concavidade e pontos de inflexão.

f x = x 6 - 5 x 5 + 25 x 3 - 6 x 2 - 48 x

Passo 1

E aí meu caro, tudo certo?Nessa questão nos é dado a seguinte função:

f x = x 6 - 5 x 5 + 25 x 3 - 6 x 2 - 48 x

E o enunciado pede para a gente fazer o gráfico dessa função e de suas derivadas primeira e segunda.

Então nós basicamente vamos encontrar as derivadas dessa função e colocar essas derivadas e a função em um software gráfico.

A partir dos gráficos de f , f ' e f ' ' , nós vamos obter algumas informações.

Intervalos de crescimento e decrescimento:

Eles podem ser obtidos observando o gráfico da função f e vendo quando que ele cresce ou decresce. Ou podem ser obtidos observando o gráfico da derivada f ' e vendo quando ela é positiva

f ' > 0

A função f cresce e quando ela é negativa

f ' < 0

A função f   decresce.

Os valores extremos podem ser obtidos observando o gráfico da função f e vendo quando ele possui um máximo ou um mínimo. Ou podem ser obtidos observando o gráfico da derivada f ' e vedno quando ela troca de sinal, o que geralmente ocorre quando

f ' = 0

Ou quando

f ' ∄

Sendo que quando ela troca de negativa para positiva temos um ponto de mínimo e quando ela troca de positiva para negativa temos um ponto de máximo.

Os intervalos de concavidade podem ser obtidos observando-se o gráfico da função f e vendo quando ele possui concavidade para cima ou para baixo. Ou a partir do gráfico da segunda derivada f ' ' , de forma que quando a segunda derivada é positiva

f ' ' > 0

A função f é côncava para cima e quando a segunda derivada énegativa

f ' ' < 0

A função f é côncava para baixo.

Por fim, os pontos de inflexão podem ser obtidos verificando o gráfico da segunda derivada quando ele troca de sinal o que geralmente ocorre quando

f ' ' = 0

Ou quando

f ' ' ∄

Passo 2

Bom pessoal, neste exercício nós devemos usar algum recurso para plotar gráficos e calcular valores das funções. Tendo isso, vamos ao exercício:

f x = x 6 - 5 x 5 + 25 x 3 - 6 x 2 - 48 x

As raízes reais da função são:

f x = 0

x = 0 ;     x ≈ 3,197

Passo 3

Agora vamos para a primeira derivada:

f ' x = 6 x 5 - 25 x 4 + 75 x 2 - 12 x - 48

As raízes reais de f ' ( x ) são:

x ≈ - 1,31 ;         x ≈ - 0,94 ;           x ≈ 1,06 ;           x ≈ 2,505 ;         x ≈ 2,75

Para encontrar intervalos crescentes e decrescentes, temos que analisar a primeira derivada da função, onde:

f ' x > 0 → c r e s c e n t e

f ' x < 0 → d e c r e s c e n t e

Vamos usar o gráfico e a definição acima para encontrar os intervalos crescentes e decrescentes:

Crescente:

f ' x > 0

x ∈ - 1,31 ; - 0,94 ∪ ( 1,06 ; 2,505 ) ∪ 2,75 ; ∞

Decrescente:

f ' x < 0

x   ∈ ( - ∞ ; - 1,31 ) ∪ ( - 0,94 ; 1,06 ) ∪ 2,505 ; 2,75

Passo 4

Pontos de máximos e mínimos. Para encontrar estes pontos, temos que conhecer as raízes de f ' x e avaliar se há troca de sinal de f ' x .   Ou então avaliar o sinal da segunda derivada f ' ' x nas raízes de f ' x .

S e   f ' c = 0   e   f ' ' c > 0 → e n t ã o   c   é   p o n t o   d e   m í n i m o

S e   f ' c = 0   e   f ' ' c < 0 → e n t ã o   c   é   p o n t o   d e   m á x i m o

Vamos então calcular a segunda derivada de f x :

f ' ' x = 30 x 4 - 100 x 3 + 150 x - 12

Plotando o gráfico, temos:

Checando então nas raízes de f ' x : x ≈ - 1,31 ;         x ≈ - 0,94 ;           x ≈ 1,06 ;           x ≈ 2,505 ;         x ≈ 2,75

x ≈ - 1,31 → f ' ' - 1,31 > 0 → p o n t o   d e   m í n i m o    

      x ≈ - 0,94 → f ' ' - 0,94 < 0 → p o n t o   d e   m á x i m o

x ≈ 1,06 → f ' ' 1,06 > 0 → p o n t o   d e   m í n i m o    

    x ≈ 2,505 → f ' ' 2,505 < 0 → p o n t o   d e   m á x i m o

x ≈ 2,75 → f ' ' 2,75 > 0 → p o n t o   d e   m í n i m o    

Passo 5

Para analisar a concavidade da função e achar seus intervalos, devemos usar a segunda derivada da função.

f ' ' x > 0 → c o n c a v i d a d e   p a r a   c i m a

f ' ' x < 0 → c o n c a v i d a d e   p a r a   b a i x o

Pontos de inflexão ocorrem na mudança de concavidade.

Voltando para o gráfico da segunda derivada temos:

Suas raizes valem:

x ≈ - 1,1 ;           x ≈ 0,08 ;           x ≈ 1,72 ;             x ≈ 2,63

Vamos então usar os gráficos e a equação para ajudar a achar a concavidade.

Analisando os intervalos:

f ' ' x > 0

x   ∈ - ∞ ; - 1,1 ∪ 0,08 ; 1,72 ∪ ( 2,63 ; ∞ )

f ' ' x < 0

x   ∈ - 1,1 ; 0,08   ∪ ( 1,72 ; 2,63 )

Logo, os intervalos são:

C o n c a v i d a d e   p a r a   c i m a → x   ∈ - ∞ ; - 1,1 ∪ 0,08 ; 1,72 ∪ ( 2,63 ; ��� )

C o n c a v i d a d e   p a r a   b a i x o → x   ∈ - 1,1 ; 0,08   ∪ ( 1,72 ; 2,63  

P o n t o s   d e   i n f l e x ã o →   x ≈ - 1,1 ;           x ≈ 0,08 ;           x ≈ 1,72 ;             x ≈ 2,63

Agora vamos ver novamente o gráfico de f(x) para confirmar todos os valores encontrados:

Resposta

Desenvolvimento nos Passos.

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