Sr Examen

Otras calculadoras

Gráfico de la función y = exp(-20*t)*(2*cos(10*sqrt(6)*t)+2*sin(10*sqrt(6)*t))

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
        -20*t /     /     ___  \        /     ___  \\
f(t) = e     *\2*cos\10*\/ 6 *t/ + 2*sin\10*\/ 6 *t//
$$f{\left(t \right)} = \left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t}$$
f = (2*sin((10*sqrt(6))*t) + 2*cos((10*sqrt(6))*t))*exp(-20*t)
Gráfico de la función
Puntos de cruce con el eje de coordenadas X
El gráfico de la función cruce el eje T con f = 0
o sea hay que resolver la ecuación:
$$\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje T:

Solución analítica
$$t_{1} = - \frac{\sqrt{6} \pi}{240}$$
Solución numérica
$$t_{1} = 24.4646380103376$$
$$t_{2} = 30.2361122460659$$
$$t_{3} = 92.3115240259002$$
$$t_{4} = 0.224446220278326$$
$$t_{5} = 72.3037466753751$$
$$t_{6} = 20.2322235708034$$
$$t_{7} = 84.2314600958804$$
$$t_{8} = 28.3122875008231$$
$$t_{9} = 76.2796511488769$$
$$t_{10} = 80.2555556223787$$
$$t_{11} = 18.3083988255606$$
$$t_{12} = 78.3317308771359$$
$$t_{13} = 48.3200648513482$$
$$t_{14} = 12.2804146237998$$
$$t_{15} = 10.2283348955409$$
$$t_{16} = 36.2640964478267$$
$$t_{17} = 2.27652594853731$$
$$t_{18} = 34.7250366516325$$
$$t_{19} = 6.25243042203909$$
$$t_{20} = 82.3076353506376$$
$$t_{21} = 70.2516669471161$$
$$t_{22} = 16.2563190973016$$
$$t_{23} = 100.263332972904$$
$$t_{24} = 74.2275714206179$$
$$t_{25} = 14.3324943520588$$
$$t_{26} = 38.3161761760857$$
$$t_{27} = 98.6585242791582$$
$$t_{28} = 32.2881919743249$$
$$t_{29} = 8.30451015029807$$
$$t_{30} = 44.2514987830153$$
$$t_{31} = 86.2835398241394$$
$$t_{32} = 26.2602077725642$$
$$t_{33} = 22.2843032990624$$
$$t_{34} = 96.2874284994019$$
$$t_{35} = 90.2594442976412$$
$$t_{36} = 68.3278422018733$$
$$t_{37} = 62.2998580001126$$
$$t_{38} = 4.32860567679629$$
$$t_{39} = 50.243889596591$$
$$t_{40} = 42.2920806495875$$
$$t_{41} = 88.4638745354146$$
$$t_{42} = 60.2477782718536$$
$$t_{43} = 64.2236827453553$$
$$t_{44} = 94.235348771143$$
$$t_{45} = 56.2718737983518$$
$$t_{46} = 52.29596932485$$
$$t_{47} = 54.348049053109$$
$$t_{48} = 66.2757624736143$$
$$t_{49} = 46.2679851230892$$
$$t_{50} = 58.3239535266108$$
$$t_{51} = 40.2400009213285$$
Puntos de cruce con el eje de coordenadas Y
El gráfico cruce el eje Y cuando t es igual a 0:
sustituimos t = 0 en exp(-20*t)*(2*cos((10*sqrt(6))*t) + 2*sin((10*sqrt(6))*t)).
$$\left(2 \sin{\left(0 \cdot 10 \sqrt{6} \right)} + 2 \cos{\left(0 \cdot 10 \sqrt{6} \right)}\right) e^{- 0}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = 2$$
Punto:
(0, 2)
Extremos de la función
Para hallar los extremos hay que resolver la ecuación
$$\frac{d}{d t} f{\left(t \right)} = 0$$
(la derivada es igual a cero),
y las raíces de esta ecuación serán los extremos de esta función:
$$\frac{d}{d t} f{\left(t \right)} = $$
primera derivada
$$\left(- 20 \sqrt{6} \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 20 \sqrt{6} \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} - 20 \left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$t_{1} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{30} - 2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 \right)}}{30}$$
$$t_{2} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 + \sqrt{30} \right)}}{30}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                                                                                                                      ___     /      ____       ___       ___\ 
                                                                                                                                                  2*\/ 6 *atan\5 - \/ 30  - 2*\/ 5  + 2*\/ 6 / 
    ___     /      ____       ___       ___\                                                                                                      -------------------------------------------- 
 -\/ 6 *atan\5 - \/ 30  - 2*\/ 5  + 2*\/ 6 /   /       /      /      ____       ___       ___\\        /      /      ____       ___       ___\\\                       3                       
(--------------------------------------------, \- 2*sin\2*atan\5 - \/ 30  - 2*\/ 5  + 2*\/ 6 // + 2*cos\2*atan\5 - \/ 30  - 2*\/ 5  + 2*\/ 6 ///*e                                            )
                      30                                                                                                                                                                       

                                                                                                                                                      ___     /      ____       ___       ___\ 
                                                                                                                                                  2*\/ 6 *atan\5 + \/ 30  + 2*\/ 5  + 2*\/ 6 / 
    ___     /      ____       ___       ___\                                                                                                      -------------------------------------------- 
 -\/ 6 *atan\5 + \/ 30  + 2*\/ 5  + 2*\/ 6 /   /       /      /      ____       ___       ___\\        /      /      ____       ___       ___\\\                       3                       
(--------------------------------------------, \- 2*sin\2*atan\5 + \/ 30  + 2*\/ 5  + 2*\/ 6 // + 2*cos\2*atan\5 + \/ 30  + 2*\/ 5  + 2*\/ 6 ///*e                                            )
                      30                                                                                                                                                                       


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:
$$t_{1} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 + \sqrt{30} \right)}}{30}$$
Puntos máximos de la función:
$$t_{1} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{30} - 2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 \right)}}{30}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[- \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 + \sqrt{30} \right)}}{30}, - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{30} - 2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 \right)}}{30}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 + \sqrt{30} \right)}}{30}\right] \cup \left[- \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \sqrt{30} - 2 \sqrt{5} + 2 \sqrt{6} + 5 \right)}}{30}, \infty\right)$$
Puntos de flexiones
Hallemos los puntos de flexiones, para eso hay que resolver la ecuación
$$\frac{d^{2}}{d t^{2}} f{\left(t \right)} = 0$$
(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:
$$\frac{d^{2}}{d t^{2}} f{\left(t \right)} = $$
segunda derivada
$$400 \left(2 \sqrt{6} \left(\sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} - \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) - \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} - \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$t_{1} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{20 \sqrt{3}}{23} - \frac{4 \sqrt{6}}{23} + \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} \right)}}{30}$$
$$t_{2} = - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{4 \sqrt{6}}{23} - \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} + \frac{20 \sqrt{3}}{23} \right)}}{30}$$

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
$$\left(-\infty, - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{4 \sqrt{6}}{23} - \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} + \frac{20 \sqrt{3}}{23} \right)}}{30}\right] \cup \left[- \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{20 \sqrt{3}}{23} - \frac{4 \sqrt{6}}{23} + \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} \right)}}{30}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left[- \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{4 \sqrt{6}}{23} - \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} + \frac{20 \sqrt{3}}{23} \right)}}{30}, - \frac{\sqrt{6} \operatorname{atan}{\left(- \frac{20 \sqrt{3}}{23} - \frac{4 \sqrt{6}}{23} + \frac{5 \sqrt{2}}{23} + \frac{25}{23} \right)}}{30}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con t->+oo y t->-oo
$$\lim_{t \to -\infty}\left(\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
$$\lim_{t \to \infty}\left(\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = 0$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función exp(-20*t)*(2*cos((10*sqrt(6))*t) + 2*sin((10*sqrt(6))*t)), dividida por t con t->+oo y t ->-oo
$$\lim_{t \to -\infty}\left(\frac{\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t}}{t}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle t$$
$$\lim_{t \to \infty}\left(\frac{\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t}}{t}\right) = 0$$
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(-t) и f = -f(-t).
Pues, comprobamos:
$$\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} = \left(- 2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{20 t}$$
- No
$$\left(2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{- 20 t} = - \left(- 2 \sin{\left(10 \sqrt{6} t \right)} + 2 \cos{\left(10 \sqrt{6} t \right)}\right) e^{20 t}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar