Sr Examen

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

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
                1         
f(x) = -------------------
       2 + sin(x) + cos(x)
$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}}$$
f = 1/(sin(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:
$$\frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}} = 0$$
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/(2 + sin(x) + cos(x)).
$$\frac{1}{\cos{\left(0 \right)} + \left(\sin{\left(0 \right)} + 2\right)}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = \frac{1}{3}$$
Punto:
(0, 1/3)
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
$$\frac{\sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}}{\left(\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}\right)^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{\pi}{4}$$
Signos de extremos en los puntos:
 pi      1     
(--, ---------)
 4         ___ 
     2 + \/ 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:
$$x_{1} = \frac{\pi}{4}$$
La función no tiene puntos máximos
Decrece en los intervalos
$$\left[\frac{\pi}{4}, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{\pi}{4}\right]$$
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
$$\frac{\frac{2 \left(\sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right)^{2}}{\sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} + 2} + \sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\left(\sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} + 2\right)^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - 2 \operatorname{atan}{\left(2 + \sqrt{5} + \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} \right)}$$
$$x_{2} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} + 2 + \sqrt{5} \right)}$$

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
$$\left(-\infty, - 2 \operatorname{atan}{\left(2 + \sqrt{5} + \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} \right)}\right] \cup \left[- 2 \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} + 2 + \sqrt{5} \right)}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left[- 2 \operatorname{atan}{\left(2 + \sqrt{5} + \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} \right)}, - 2 \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{2} \sqrt{2 + \sqrt{5}} + 2 + \sqrt{5} \right)}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty} \frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}} = \left\langle \frac{1}{4}, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle \frac{1}{4}, \infty\right\rangle$$
$$\lim_{x \to \infty} \frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}} = \left\langle \frac{1}{4}, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \left\langle \frac{1}{4}, \infty\right\rangle$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 1/(2 + sin(x) + cos(x)), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = x \lim_{x \to -\infty}\left(\frac{1}{x \left(\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}\right)}\right)$$
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la derecha:
$$y = x \lim_{x \to \infty}\left(\frac{1}{x \left(\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}\right)}\right)$$
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:
$$\frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}} = \frac{1}{- \sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} + 2}$$
- No
$$\frac{1}{\left(\sin{\left(x \right)} + 2\right) + \cos{\left(x \right)}} = - \frac{1}{- \sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} + 2}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar