Sr Examen

Gráfico de la función y = sinx-((2/pi)x)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
                2   
f(x) = sin(x) - --*x
                pi  
$$f{\left(x \right)} = - \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)}$$
f = -2/pi*x + sin(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:
$$- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución numérica
$$x_{1} = 1.5707963267949$$
$$x_{2} = -1.5707963267949$$
$$x_{3} = 0$$
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 sin(x) - 2/pi*x.
$$\sin{\left(0 \right)} - 0 \frac{2}{\pi}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = 0$$
Punto:
(0, 0)
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
$$\cos{\left(x \right)} - \frac{2}{\pi} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)} + 2 \pi$$
$$x_{2} = \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                         /      /2 \       \ 
                           _________   2*|- acos|--| + 2*pi| 
       /2 \               /      4       \      \pi/       / 
(- acos|--| + 2*pi, -    /  1 - ---  - ---------------------)
       \pi/             /         2              pi          
                      \/        pi                           

                                  /2 \ 
                _________   2*acos|--| 
     /2 \      /      4           \pi/ 
(acos|--|,    /  1 - ---  - ----------)
     \pi/    /         2        pi     
           \/        pi                


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:
$$x_{1} = - \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)} + 2 \pi$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)}$$
Decrece en los intervalos
$$\left(-\infty, \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)}\right] \cup \left[- \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)} + 2 \pi, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left[\operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)}, - \operatorname{acos}{\left(\frac{2}{\pi} \right)} + 2 \pi\right]$$
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
$$- \sin{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = \pi$$

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
$$\left(-\infty, 0\right] \cup \left[\pi, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left[0, \pi\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)}\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)}\right) = -\infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la derecha
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función sin(x) - 2/pi*x, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)}}{x}\right) = - \frac{2}{\pi}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = - \frac{2 x}{\pi}$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)}}{x}\right) = - \frac{2}{\pi}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la derecha:
$$y = - \frac{2 x}{\pi}$$
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:
$$- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)} = \frac{2 x}{\pi} - \sin{\left(x \right)}$$
- No
$$- \frac{2}{\pi} x + \sin{\left(x \right)} = - \frac{2 x}{\pi} + \sin{\left(x \right)}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar