Sr Examen

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Gráfico de la función y = 2cos(x/3+pi/3)-1

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
            /x   pi\    
f(x) = 2*cos|- + --| - 1
            \3   3 /    
$$f{\left(x \right)} = 2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1$$
f = 2*cos(x/3 + pi/3) - 1
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:
$$2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1 = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 4 \pi$$
Solución numérica
$$x_{1} = 113.097335529233$$
$$x_{2} = -6.28318530717959$$
$$x_{3} = -18.8495559215388$$
$$x_{4} = -75.398223686155$$
$$x_{5} = -43.9822971502571$$
$$x_{6} = -2796.01746169492$$
$$x_{7} = 31.4159265358979$$
$$x_{8} = 15909.0251977787$$
$$x_{9} = 12.5663706143592$$
$$x_{10} = 87.9645943005142$$
$$x_{11} = -37.6991118430775$$
$$x_{12} = -100.530964914873$$
$$x_{13} = 0$$
$$x_{14} = 18.8495559215388$$
$$x_{15} = -2098.58389259798$$
$$x_{16} = -94.2477796076938$$
$$x_{17} = -81.6814089933346$$
$$x_{18} = 56.5486677646163$$
$$x_{19} = -56.5486677646163$$
$$x_{20} = 50.2654824574367$$
$$x_{21} = 94.2477796076938$$
$$x_{22} = -62.8318530717959$$
$$x_{23} = 69.1150383789755$$
$$x_{24} = 37.6991118430775$$
$$x_{25} = -25.1327412287183$$
$$x_{26} = 75.398223686155$$
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 2*cos(x/3 + pi/3) - 1.
$$-1 + 2 \cos{\left(\frac{0}{3} + \frac{\pi}{3} \right)}$$
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
$$- \frac{2 \sin{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)}}{3} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \pi$$
$$x_{2} = 2 \pi$$
Signos de extremos en los puntos:
                /pi   pi\ 
(-pi, -1 + 2*cos|-- - --|)
                \3    3 / 

                 /pi   pi\ 
(2*pi, -1 - 2*sin|-- + --|)
                 \6    3 / 


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:
$$x_{1} = 2 \pi$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = - \pi$$
Decrece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \pi\right] \cup \left[2 \pi, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left[- \pi, 2 \pi\right]$$
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
$$- \frac{2 \cos{\left(\frac{x + \pi}{3} \right)}}{9} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{\pi}{2}$$
$$x_{2} = \frac{7 \pi}{2}$$

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
$$\left[\frac{\pi}{2}, \frac{7 \pi}{2}\right]$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{\pi}{2}\right] \cup \left[\frac{7 \pi}{2}, \infty\right)$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1\right) = \left\langle -3, 1\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle -3, 1\right\rangle$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1\right) = \left\langle -3, 1\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \left\langle -3, 1\right\rangle$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 2*cos(x/3 + pi/3) - 1, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la izquierda
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:
$$2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1 = 2 \cos{\left(\frac{x}{3} - \frac{\pi}{3} \right)} - 1$$
- No
$$2 \cos{\left(\frac{x}{3} + \frac{\pi}{3} \right)} - 1 = 1 - 2 \cos{\left(\frac{x}{3} - \frac{\pi}{3} \right)}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar