Interpretação geométrica do sinal da terceira derivada

I.
1. O sinal da primeira derivada de f em a está relacionado com o comportamento relativo, numa vizinhança de a, dos gráficos de f e do seu polinómio de Taylor de grau zero em a. O gráfico do polinómio de Taylor de grau zero de f em a é a recta y=f(a).
2. O sinal da segunda derivada de f em a está relacionado com o comportamento relativo, numa vizinhança de a, dos gráficos de f e do seu polinómio de Taylor de grau um em a. O gráfico do polinómio de Taylor de grau um de f em a é a recta tangente ao gráfico de f em a.
3. O sinal da terceira derivada de f em a está relacionado com o comportamento relativo, numa vizinhança de a, dos gráficos de f e do seu polinómio de Taylor de grau dois em a.

II.
Vejamos um exemplo:
A azul: gráfico dos polinómios de Taylor de segundo grau da função nos pontos -1, 1 e 3

1. No ponto -1 a terceira derivada da função é negativa: O gráfico da função cruza o gráfico da parábola, estando estritamente por cima deste para x<-1 e próximo de -1 e estritamente por baixo deste para x>-1 e próximo de -1.
2. No ponto 3 a terceira derivada da função é positiva: O gráfico da função cruza o gráfico da parábola, estando estritamente por baixo deste para x<3 e próximo de 3 e estritamente por cima deste para x>3 e próximo de 3.
3. No ponto 1 a terceira derivada da função é nula: Neste caso o gráfico da função encontra-se por cima do gráfico da parábola. No entanto, não podemos estabelecer uma proposição geral descrevendo o comportamento relativo do gráfico do polinómio de Taylor de segundo grau da função e do gráfico da função num ponto em que a sua terceira derivada se anule.

III.
1. Se a terceira derivada de f é negativa no ponto a, então o gráfico de f cruza o gráfico do polinómio de Taylor de grau 2 de f no ponto a, estando estritamente por cima deste para x<a e próximo de a e estritamente por baixo deste para x>a e próximo de a.
2. Se a terceira derivada de f é positiva no ponto a, então o gráfico de f cruza o gráfico do polinómio de Taylor de grau 2 de f no ponto a, estando estritamente por baixo deste para x<a e próximo de a e estritamente por cima deste para x>a e próximo de a.
3. Se a terceira derivada de f é nula no ponto a, não podemos estabelecer uma proposição geral descrevendo o comportamento relativo do gráfico do polinómio de Taylor de grau 2 de f no ponto a e do gráfico de f.

IV.
A situação é semelhante à da interpretação geométrica do sinal da primeira derivada:
1. Se a primeira derivada de f é negativa no ponto a, então o gráfico de f cruza o gráfico da recta y=f(a) no ponto a, estando estritamente por cima desta recta para x<a e próximo de a e estritamente por baixo desta recta para x>a e próximo de a.
2. Se a primeira derivada de f é positiva no ponto a, então o gráfico de f cruza o gráfico da recta y=f(a) no ponto a, estando estritamente por baixo desta recta para x<a e próximo de a e estritamente por cima desta recta para x>a e próximo de a.
3. Se a primeira derivada de f é nula no ponto a, não podemos estabelecer uma proposição geral descrevendo o comportamento relativo do gráfico de y=f(a) e do gráfico de f.

V.
As afirmações anteriores podem ser todas provadas recorrendo às fórmulas de Taylor com resto de Peano, como feito na aula.

VI.
Exercício: Dê uma interpretação geométrica do sinal da quarta derivada. A conclusão deve ser semelhante à interpretação geométrica do sinal da segunda derivada.