Sr Examen

Gráfico de la función y = (3^(cosx))+1

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
        cos(x)    
f(x) = 3       + 1
$$f{\left(x \right)} = 3^{\cos{\left(x \right)}} + 1$$
f = 3^cos(x) + 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:
$$3^{\cos{\left(x \right)}} + 1 = 0$$
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 3^cos(x) + 1.
$$1 + 3^{\cos{\left(0 \right)}}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = 4$$
Punto:
(0, 4)
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
$$- 3^{\cos{\left(x \right)}} \log{\left(3 \right)} \sin{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = \pi$$
Signos de extremos en los puntos:
(0, 4)

(pi, 4/3)


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:
$$x_{1} = \pi$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = 0$$
Decrece en los intervalos
$$\left(-\infty, 0\right] \cup \left[\pi, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left[0, \pi\right]$$
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
$$3^{\cos{\left(x \right)}} \left(\log{\left(3 \right)} \sin^{2}{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) \log{\left(3 \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}$$
$$x_{2} = 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}$$

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
$$\left(-\infty, - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}\right] \cup \left[2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left[- 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}, 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{- \log{\left(9 \right)} + \sqrt{1 + 4 \log{\left(3 \right)}^{2}}} \right)}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(3^{\cos{\left(x \right)}} + 1\right) = 3^{\left\langle -1, 1\right\rangle} + 1$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = 3^{\left\langle -1, 1\right\rangle} + 1$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(3^{\cos{\left(x \right)}} + 1\right) = 3^{\left\langle -1, 1\right\rangle} + 1$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = 3^{\left\langle -1, 1\right\rangle} + 1$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 3^cos(x) + 1, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{3^{\cos{\left(x \right)}} + 1}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{3^{\cos{\left(x \right)}} + 1}{x}\right) = 0$$
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:
$$3^{\cos{\left(x \right)}} + 1 = 3^{\cos{\left(x \right)}} + 1$$
- Sí
$$3^{\cos{\left(x \right)}} + 1 = - 3^{\cos{\left(x \right)}} - 1$$
- No
es decir, función
es
par