Sr Examen

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Gráfico de la función y = sqrt(4-x^2)*(x^3/(-4)+5*x/2)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
          ________ / 3      \
         /      2  |x    5*x|
f(x) = \/  4 - x  *|-- + ---|
                   \-4    2 /
$$f{\left(x \right)} = \sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)$$
f = sqrt(4 - x^2)*(x^3/(-4) + (5*x)/2)
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:
$$\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right) = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = -2$$
$$x_{2} = 0$$
$$x_{3} = 2$$
$$x_{4} = - \sqrt{10}$$
$$x_{5} = \sqrt{10}$$
Solución numérica
$$x_{1} = 2$$
$$x_{2} = 3.16227766016838$$
$$x_{3} = -3.16227766016838$$
$$x_{4} = -2$$
$$x_{5} = 0$$
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 sqrt(4 - x^2)*(x^3/(-4) + (5*x)/2).
$$\sqrt{4 - 0^{2}} \left(\frac{0^{3}}{-4} + \frac{0 \cdot 5}{2}\right)$$
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
$$- \frac{x \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)}{\sqrt{4 - x^{2}}} + \left(\frac{5}{2} - \frac{3 x^{2}}{4}\right) \sqrt{4 - x^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \sqrt{4 - \sqrt{6}}$$
$$x_{2} = \sqrt{4 - \sqrt{6}}$$
$$x_{3} = - \sqrt{\sqrt{6} + 4}$$
$$x_{4} = \sqrt{\sqrt{6} + 4}$$
Signos de extremos en los puntos:
                        /       ___________              3/2\ 
     ___________        |      /       ___    /      ___\   | 
    /       ___   4 ___ |  5*\/  4 - \/ 6     \4 - \/ 6 /   | 
(-\/  4 - \/ 6 , \/ 6 *|- ---------------- + --------------|)
                        \         2                 4       / 

                       /             3/2        ___________\ 
    ___________        |  /      ___\          /       ___ | 
   /       ___   4 ___ |  \4 - \/ 6 /      5*\/  4 - \/ 6  | 
(\/  4 - \/ 6 , \/ 6 *|- -------------- + ----------------|)
                       \        4                 2        / 

                          /       ___________              3/2\ 
     ___________          |      /       ___    /      ___\   | 
    /       ___     4 ___ |  5*\/  4 + \/ 6     \4 + \/ 6 /   | 
(-\/  4 + \/ 6 , I*\/ 6 *|- ---------------- + --------------|)
                          \         2                 4       / 

                         /             3/2        ___________\ 
    ___________          |  /      ___\          /       ___ | 
   /       ___     4 ___ |  \4 + \/ 6 /      5*\/  4 + \/ 6  | 
(\/  4 + \/ 6 , I*\/ 6 *|- -------------- + ----------------|)
                         \        4                 2        / 


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:
$$x_{1} = - \sqrt{4 - \sqrt{6}}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = \sqrt{4 - \sqrt{6}}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[- \sqrt{4 - \sqrt{6}}, \sqrt{4 - \sqrt{6}}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \sqrt{4 - \sqrt{6}}\right] \cup \left[\sqrt{4 - \sqrt{6}}, \infty\right)$$
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
$$\frac{x \left(- 6 \sqrt{4 - x^{2}} + \frac{\left(10 - x^{2}\right) \left(\frac{x^{2}}{x^{2} - 4} - 1\right)}{\sqrt{4 - x^{2}}} + \frac{2 \left(3 x^{2} - 10\right)}{\sqrt{4 - x^{2}}}\right)}{4} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 0$$

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
$$\left(-\infty, 0\right]$$
Convexa en los intervalos
$$\left[0, \infty\right)$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)\right) = \infty i$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)\right) = - \infty i$$
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 sqrt(4 - x^2)*(x^3/(-4) + (5*x)/2), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)}{x}\right) = - \infty i$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right)}{x}\right) = - \infty i$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la derecha
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:
$$\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right) = \sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{4} - \frac{5 x}{2}\right)$$
- No
$$\sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{-4} + \frac{5 x}{2}\right) = - \sqrt{4 - x^{2}} \left(\frac{x^{3}}{4} - \frac{5 x}{2}\right)$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar