Enunciado

Utilize uma ferramenta gráfica como no Exemplo 4 (ou o Método de Newton ou um determinador de raízes) para encontrar os pontos críticos de f com precisão de três casas decimais. Em seguida, classifique o ponto crítico e determine o valor mais alto e o mais baixo do gráfico.

f x , y = x 4 - 5 x 2 + y 2 + 3 x + 2

Passo 1

Show de bola, galera....Vamos às contas...

Neste exercício, precisamos encontrar e classificar os pontos críticos da função. Vamos calcular as derivadas parciais, resolver o sistema das equações para encontrar os valores de  x  e  y , em seguida, usar o segundo teste de derivada.

Basicamente precisaremos calcular os seguintes valores:

f x , f y , f x x , f x y   e   f y y

E aí, meus amigos, não tem mistério!

Depois precisaremos calcular os pontos críticos da função ao fazer f x = 0   e   f y = 0 .

Na sequência, usaremos o Teste da Derivada Segunda ao calcularmos

D = f x x f x y f y x f y y

e avaliarmos o seu sinal juntamente com o sinal de f x x .

Podem ocorrer três casos:

  1. D ( a , b ) > 0   e   f x x a , b > 0 então f ( a , b ) é um mínimo local.
  2. D a , b > 0   e   f x x a , b < 0 então f ( a , b ) é um máximo local.
  3. D a , b < 0   então f ( a , b ) não é nem mínimo e nem máximo local.

Vamos lá?

Passo 2

Calculemos os pontos críticos de f ( x , y ) da seguinte forma, temos:

f x , y = x 4 - 5 x 2 + y 2 + 3 x + 2

E temos sua derivada:

f x = 4 x 3 - 10 x + 3

Como também temos:

f y = 2 y

Precisamos encontrar então os zeros:

4 x 3 - 10 x + 3 = 0

E

2 y = 0

Para a primeira equação, iremos utilizar o Symbolab para encontrar para a gente as raízes:

Ele nos da o seguinte resultado:

x 1 = - 1.714

x 2 = 0.312

x 3 = 1.402

Sendo assim, os pontos críticos são:

- 1.714,0 , 0.312,0 , 1.402,0

Passo 3

Calculemos o sinal de

D = f x x f x y f y x f y y

Agora iremos encontrar f x x :

f x = 4 x 3 - 10 x + 3

f x x = 12 x 2 - 10

Agora iremos encontrar f x y :

f x y = 0

E f y x :

f y = 2 y

f y x = 0

E por ultimo f y y :

f y y = 2

Temos então que:

D = 12 x 2 - 10 0 0 2

e de f x x para os respectivos pontos críticos:

Para x c , y c = - 1.714 ,   0 :

D = 12 x 2 - 10 0 0 2 - 1.714 ,   0

D = 25.25 0 0 2 = 50.50 > 0

E em f x x :

f x x - 1.714 ,   0 = 25.25 > 0

Como D > 0 e f x x > 0 , concluímos que x c , y c = - 1.714 ,   0  é um ponto de mínimo local .

– Para x c , y c = 0.312 ,   0 :

D = 12 x 2 - 10 0 0 2 0.312 ,   0

D = - 8.83 0 0 2 = - 17.66 > 0

Como D < 0 , concluímos que x c , y c = 0.312 ,   0  é um ponto de sela .

– Para x c , y c = 1.402 ,   0 :

D = 12 x 2 - 10 0 0 2 1.402 ,   0

D = 13.58 0 0 2 = 27.16 > 0

E como no ponto:

f x x 1.402 ,   0 = 13.58 > 0

Como D > 0 e f x x > 0 , concluímos que x c , y c = 1.402 ,   0  é um ponto de mínimo local .

Passo 4

Show de bola, galera. Agora nós iremos apresentar o gráfico da função, só pra ver se o que calculamos está coerente.

Geremaos o nosso gráfico no GeoGebra, de forma bem próxima para podermos visualizar melhor.

Veja que temos então um mínimo local em

f - 1.414,0 = - 9.2

E em:

f 1.402 ,   0 = 0.242

Resposta

- 1.714 ,   0   é   u m   p o n t o   d e   m í n i m o   l o c a l 0.312 ,   0   é   u m   p o n t o   d e   s e l a 1.402 ,   0   é   u m   p o n t o   d e   m í n i m o   l o c a l

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