Sr Examen

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Gráfico de la función y = 1+sqrt(sin(x)*sin(x))+2*cos(x)*cos(x)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
             _______________                  
f(x) = 1 + \/ sin(x)*sin(x)  + 2*cos(x)*cos(x)
$$f{\left(x \right)} = \left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)}$$
f = sqrt(sin(x)*sin(x)) + 1 + cos(x)*(2*cos(x))
Gráfico de la función
Puntos de cruce con el eje de coordenadas X
El gráfico de la función cruce el eje X con f = 0
o sea hay que resolver la ecuación:
$$\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Solución no hallada,
puede ser que el gráfico no cruce el eje X
Puntos de cruce con el eje de coordenadas Y
El gráfico cruce el eje Y cuando x es igual a 0:
sustituimos x = 0 en 1 + sqrt(sin(x)*sin(x)) + (2*cos(x))*cos(x).
$$\left(\sqrt{\sin{\left(0 \right)} \sin{\left(0 \right)}} + 1\right) + \cos{\left(0 \right)} 2 \cos{\left(0 \right)}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = 3$$
Punto:
(0, 3)
Extremos de la función
Para hallar los extremos hay que resolver la ecuación
$$\frac{d}{d x} f{\left(x \right)} = 0$$
(la derivada es igual a cero),
y las raíces de esta ecuación serán los extremos de esta función:
$$\frac{d}{d x} f{\left(x \right)} = $$
primera derivada
$$- 4 \sin{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \frac{\sqrt{\sin^{2}{\left(x \right)}} \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \frac{\pi}{2}$$
$$x_{2} = \frac{\pi}{2}$$
$$x_{3} = - 2 \operatorname{atan}{\left(4 - \sqrt{15} \right)}$$
$$x_{4} = 2 \operatorname{atan}{\left(4 - \sqrt{15} \right)}$$
$$x_{5} = - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{15} + 4 \right)}$$
$$x_{6} = 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{15} + 4 \right)}$$
Signos de extremos en los puntos:
 -pi     
(----, 2)
  2      

 pi    
(--, 2)
 2     

        /      ____\           2/      /      ____\\      /      /      ____\\ 
(-2*atan\4 - \/ 15 /, 1 + 2*cos \2*atan\4 - \/ 15 // + sin\2*atan\4 - \/ 15 //)

       /      ____\           2/      /      ____\\      /      /      ____\\ 
(2*atan\4 - \/ 15 /, 1 + 2*cos \2*atan\4 - \/ 15 // + sin\2*atan\4 - \/ 15 //)

        /      ____\           2/      /      ____\\      /      /      ____\\ 
(-2*atan\4 + \/ 15 /, 1 + 2*cos \2*atan\4 + \/ 15 // + sin\2*atan\4 + \/ 15 //)

       /      ____\           2/      /      ____\\      /      /      ____\\ 
(2*atan\4 + \/ 15 /, 1 + 2*cos \2*atan\4 + \/ 15 // + sin\2*atan\4 + \/ 15 //)


Intervalos de crecimiento y decrecimiento de la función:
Hallemos los intervalos donde la función crece y decrece y también los puntos mínimos y máximos de la función, para lo cual miramos cómo se comporta la función en los extremos con desviación mínima del extremo:
Puntos mínimos de la función:
$$x_{1} = - \frac{\pi}{2}$$
$$x_{2} = \frac{\pi}{2}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{2} = - 2 \operatorname{atan}{\left(4 - \sqrt{15} \right)}$$
$$x_{2} = 2 \operatorname{atan}{\left(4 - \sqrt{15} \right)}$$
$$x_{2} = - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{15} + 4 \right)}$$
$$x_{2} = 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{15} + 4 \right)}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[\frac{\pi}{2}, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \frac{\pi}{2}\right]$$
Puntos de flexiones
Hallemos los puntos de flexiones, para eso hay que resolver la ecuación
$$\frac{d^{2}}{d x^{2}} f{\left(x \right)} = 0$$
(la segunda derivada es igual a cero),
las raíces de la ecuación obtenida serán los puntos de flexión para el gráfico de la función indicado:
$$\frac{d^{2}}{d x^{2}} f{\left(x \right)} = $$
segunda derivada
$$4 \sin^{2}{\left(x \right)} - 4 \cos^{2}{\left(x \right)} - \left|{\sin{\left(x \right)}}\right| = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} + \frac{\sqrt{129}}{8} \right)}$$
$$x_{2} = 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} + \frac{\sqrt{129}}{8} \right)}$$
$$x_{3} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{129}}{8} + \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} \right)}$$
$$x_{4} = 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{129}}{8} + \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} \right)}$$

Intervalos de convexidad y concavidad:
Hallemos los intervales donde la función es convexa o cóncava, para eso veamos cómo se comporta la función en los puntos de flexiones:
Cóncava en los intervalos
$$\left[- 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} + \frac{\sqrt{129}}{8} \right)}, 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{129}}{8} + \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} \right)}\right] \cup \left[- 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{129}}{8} + \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} \right)}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, - 2 \operatorname{atan}{\left(- \frac{1}{8} + \frac{\sqrt{2} \sqrt{33 - \sqrt{129}}}{8} + \frac{\sqrt{129}}{8} \right)}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)}\right) = \left\langle 1, 3\right\rangle + \left|{\left\langle -1, 1\right\rangle}\right|$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle 1, 3\right\rangle + \left|{\left\langle -1, 1\right\rangle}\right|$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)}\right) = \left\langle 1, 3\right\rangle + \left|{\left\langle -1, 1\right\rangle}\right|$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \left\langle 1, 3\right\rangle + \left|{\left\langle -1, 1\right\rangle}\right|$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 1 + sqrt(sin(x)*sin(x)) + (2*cos(x))*cos(x), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
No se ha logrado calcular el límite a la izquierda
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)}}{x}\right)$$
No se ha logrado calcular el límite a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)}}{x}\right)$$
Paridad e imparidad de la función
Comprobemos si la función es par o impar mediante las relaciones f = f(-x) и f = -f(-x).
Pues, comprobamos:
$$\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)} = \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)} + \left|{\sin{\left(x \right)}}\right| + 1$$
- No
$$\left(\sqrt{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(x \right)}} + 1\right) + \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)} = - \cos{\left(x \right)} 2 \cos{\left(x \right)} - \left|{\sin{\left(x \right)}}\right| - 1$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar