Enunciado

Mostrar que y = log a ⁡ x x tem seu valor máximo em x = e (número neperiano) para todos os números a > 1 .

Passo 1

Para calcular os valores máximos e mínimos de uma função de forma simplificada primeiro precisamos calcular sua primeira derivada, iguala-la a zero e isolar a variável x .

Assim, derivando y pela Regra do Quociente e simplificando, temos que:

y ' = 1 x log a ⁡ e   .     x - log a ⁡ x .   1 x 2 = log a ⁡ e - log a ⁡ x x 2 = log a ⁡ e x x 2  

Lembre-se que a Regra do Quociente é dada por: derivada do primeiro (numerador) vezes o segundo (denominador) menos a derivada do segundo (denominador) vezes o primeiro (numerador) tudo isso dividido pelo segundo (denominador) ao quadrado.

Passo 2

Igualando o resultado de y ' a zero e simplificando, temos:

log a ⁡ e x x 2 = 0 ⇒ log a ⁡ e x = 0 ⇒ a 0 = e x ⇒ 1 = e x   ,   l o g o   x = e

Assim, x = e   é   u m   ponto crítico.

Passo 3

Pelo teste da segunda derivada, temos que:

y ' = x 2 .   - e x 2 e x   . log a ⁡ e - log a ⁡ e x .   2 x x 4 =   - log a ⁡ e - 2 log a ⁡ e x x 3

Para x = e , temos:

y ' = - log a ⁡ e - 2 log a ⁡ 1 e 3 =   - log a ⁡ e e 3 < 0 ,   p a r a   a > 1

Portanto,   x = e é ponto de máximo.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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