Sr Examen

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Gráfico de la función y = -29/9+x^2-cos(3*x)-sin(3*x)+4*x/3

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
         29    2                         4*x
f(x) = - -- + x  - cos(3*x) - sin(3*x) + ---
         9                                3 
$$f{\left(x \right)} = \frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right)$$
f = (4*x)/3 + x^2 - 29/9 - cos(3*x) - sin(3*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:
$$\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right) = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución numérica
$$x_{1} = -2.46226901365833$$
$$x_{2} = 1.00596398719948$$
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 -29/9 + x^2 - cos(3*x) - sin(3*x) + (4*x)/3.
$$\left(\left(\left(- \frac{29}{9} + 0^{2}\right) - \cos{\left(0 \cdot 3 \right)}\right) - \sin{\left(0 \cdot 3 \right)}\right) + \frac{0 \cdot 4}{3}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = - \frac{38}{9}$$
Punto:
(0, -38/9)
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
$$2 x + 3 \sin{\left(3 x \right)} - 3 \cos{\left(3 x \right)} + \frac{4}{3} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = -1.66862002070863$$
$$x_{2} = -0.807552551412654$$
$$x_{3} = 0.132965571914441$$
Signos de extremos en los puntos:
(-1.668620020708632, -3.90927832291089)

(-0.8075525514126538, -2.23572666180544)

(0.13296557191444133, -4.33714693556984)


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:
$$x_{1} = -1.66862002070863$$
$$x_{2} = 0.132965571914441$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{2} = -0.807552551412654$$
Decrece en los intervalos
$$\left[-1.66862002070863, -0.807552551412654\right] \cup \left[0.132965571914441, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, -1.66862002070863\right] \cup \left[-0.807552551412654, 0.132965571914441\right]$$
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
$$9 \sin{\left(3 x \right)} + 9 \cos{\left(3 x \right)} + 2 = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} - \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}$$
$$x_{2} = \frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} + \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}$$

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
$$\left[\frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} - \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}, \frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} + \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}\right]$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} - \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}\right] \cup \left[\frac{2 \operatorname{atan}{\left(\frac{9}{7} + \frac{\sqrt{158}}{7} \right)}}{3}, \infty\right)$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right)\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right)\right) = \infty$$
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 -29/9 + x^2 - cos(3*x) - sin(3*x) + (4*x)/3, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right)}{x}\right) = -\infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right)}{x}\right) = \infty$$
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:
$$\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right) = x^{2} - \frac{4 x}{3} + \sin{\left(3 x \right)} - \cos{\left(3 x \right)} - \frac{29}{9}$$
- No
$$\frac{4 x}{3} + \left(\left(\left(x^{2} - \frac{29}{9}\right) - \cos{\left(3 x \right)}\right) - \sin{\left(3 x \right)}\right) = - x^{2} + \frac{4 x}{3} - \sin{\left(3 x \right)} + \cos{\left(3 x \right)} + \frac{29}{9}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar