Sr Examen

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Gráfico de la función y = 1/3+4*(-cos(pi*x)-cos(3*pi*x)/9+cos(2*pi*x)/4)/pi^2

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
             /             cos(3*pi*x)   cos(2*pi*x)\
           4*|-cos(pi*x) - ----------- + -----------|
       1     \                  9             4     /
f(x) = - + ------------------------------------------
       3                        2                    
                              pi                     
$$f{\left(x \right)} = \frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
f = (4*(-cos(pi*x) - cos((3*pi)*x)/9 + cos((2*pi)*x)/4))/pi^2 + 1/3
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:
$$\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución numérica
$$x_{1} = -73.9097275654084$$
$$x_{2} = -7.90972756540839$$
$$x_{3} = 46.0902724345916$$
$$x_{4} = 96.0902724345916$$
$$x_{5} = 92.0902724345916$$
$$x_{6} = 36.0902724345916$$
$$x_{7} = 64.0902724345916$$
$$x_{8} = 8.09027243459161$$
$$x_{9} = -85.9097275654084$$
$$x_{10} = 18.0902724345916$$
$$x_{11} = 68.0902724345916$$
$$x_{12} = 10.0902724345916$$
$$x_{13} = -61.9097275654084$$
$$x_{14} = 78.0902724345916$$
$$x_{15} = 76.0902724345916$$
$$x_{16} = 82.0902724345916$$
$$x_{17} = -63.9097275654084$$
$$x_{18} = -49.9097275654084$$
$$x_{19} = 22.0902724345916$$
$$x_{20} = 100.090272434592$$
$$x_{21} = 32.0902724345916$$
$$x_{22} = 80.0902724345916$$
$$x_{23} = -27.9097275654084$$
$$x_{24} = 38.0902724345916$$
$$x_{25} = -59.9097275654084$$
$$x_{26} = 62.0902724345916$$
$$x_{27} = -81.9097275654084$$
$$x_{28} = 44.0902724345916$$
$$x_{29} = 48.0902724345916$$
$$x_{30} = 70.0902724345916$$
$$x_{31} = 2.09027243459161$$
$$x_{32} = 28.0902724345916$$
$$x_{33} = -43.9097275654084$$
$$x_{34} = -1.90972756540839$$
$$x_{35} = -97.9097275654084$$
$$x_{36} = 14.0902724345916$$
$$x_{37} = 20.0902724345916$$
$$x_{38} = 24.0902724345916$$
$$x_{39} = 88.0902724345916$$
$$x_{40} = -33.9097275654084$$
$$x_{41} = -41.9097275654084$$
$$x_{42} = 90.0902724345916$$
$$x_{43} = 52.0902724345916$$
$$x_{44} = 30.0902724345916$$
$$x_{45} = 94.0902724345916$$
$$x_{46} = 12.0902724345916$$
$$x_{47} = -83.9097275654084$$
$$x_{48} = -67.9097275654084$$
$$x_{49} = 58.0902724345916$$
$$x_{50} = -19.9097275654084$$
$$x_{51} = 74.0902724345916$$
$$x_{52} = 66.0902724345916$$
$$x_{53} = -55.9097275654084$$
$$x_{54} = -93.9097275654084$$
$$x_{55} = 16.0902724345916$$
$$x_{56} = 26.0902724345916$$
$$x_{57} = -65.9097275654084$$
$$x_{58} = -35.9097275654084$$
$$x_{59} = -91.9097275654084$$
$$x_{60} = -21.9097275654084$$
$$x_{61} = -99.9097275654084$$
$$x_{62} = 60.0902724345916$$
$$x_{63} = -11.9097275654084$$
$$x_{64} = -71.9097275654084$$
$$x_{65} = -51.9097275654084$$
$$x_{66} = -89.9097275654084$$
$$x_{67} = -31.9097275654084$$
$$x_{68} = 54.0902724345916$$
$$x_{69} = 0.0902724345916086$$
$$x_{70} = 56.0902724345916$$
$$x_{71} = 72.0902724345916$$
$$x_{72} = -5.90972756540839$$
$$x_{73} = -53.9097275654084$$
$$x_{74} = -95.9097275654084$$
$$x_{75} = 6.09027243459161$$
$$x_{76} = -37.9097275654084$$
$$x_{77} = -25.9097275654084$$
$$x_{78} = 86.0902724345916$$
$$x_{79} = -17.9097275654084$$
$$x_{80} = -57.9097275654084$$
$$x_{81} = -69.9097275654084$$
$$x_{82} = 4.09027243459161$$
$$x_{83} = 42.0902724345916$$
$$x_{84} = -47.9097275654084$$
$$x_{85} = -13.9097275654084$$
$$x_{86} = -39.9097275654084$$
$$x_{87} = 84.0902724345916$$
$$x_{88} = -9.90972756540839$$
$$x_{89} = 40.0902724345916$$
$$x_{90} = -23.9097275654084$$
$$x_{91} = 34.0902724345916$$
$$x_{92} = -87.9097275654084$$
$$x_{93} = 98.0902724345916$$
$$x_{94} = -29.9097275654084$$
$$x_{95} = -75.9097275654084$$
$$x_{96} = -79.9097275654084$$
$$x_{97} = -77.9097275654084$$
$$x_{98} = -15.9097275654084$$
$$x_{99} = -45.9097275654084$$
$$x_{100} = -3.90972756540839$$
$$x_{101} = 50.0902724345916$$
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 1/3 + (4*(-cos(pi*x) - cos((3*pi)*x)/9 + cos((2*pi)*x)/4))/pi^2.
$$\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(0 \pi \right)} - \frac{\cos{\left(0 \cdot 3 \pi \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(0 \cdot 2 \pi \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = \frac{1}{3} - \frac{31}{9 \pi^{2}}$$
Punto:
(0, 1/3 - 31/(9*pi^2))
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
$$\frac{4 \pi \sin{\left(\pi x \right)} - 2 \pi \sin{\left(2 \pi x \right)} + \frac{4 \pi \sin{\left(3 \pi x \right)}}{3}}{\pi^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 1$$
Signos de extremos en los puntos:
    1     31  
(0, - - -----)
    3       2 
        9*pi  

    1     49  
(1, - + -----)
    3       2 
        9*pi  


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:
$$x_{1} = 0$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = 1$$
Decrece en los intervalos
$$\left[0, 1\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, 0\right] \cup \left[1, \infty\right)$$
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
$$4 \left(\cos{\left(\pi x \right)} - \cos{\left(2 \pi x \right)} + \cos{\left(3 \pi x \right)}\right) = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \frac{3}{4}$$
$$x_{2} = - \frac{1}{3}$$
$$x_{3} = - \frac{1}{4}$$
$$x_{4} = \frac{1}{4}$$
$$x_{5} = \frac{1}{3}$$
$$x_{6} = \frac{3}{4}$$

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
$$\left[\frac{1}{3}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, - \frac{3}{4}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}\right) = \frac{\left\langle - \frac{49}{9}, \frac{49}{9}\right\rangle}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \frac{\left\langle - \frac{49}{9}, \frac{49}{9}\right\rangle}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}\right) = \frac{\left\langle - \frac{49}{9}, \frac{49}{9}\right\rangle}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \frac{\left\langle - \frac{49}{9}, \frac{49}{9}\right\rangle}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función 1/3 + (4*(-cos(pi*x) - cos((3*pi)*x)/9 + cos((2*pi)*x)/4))/pi^2, dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}}{x}\right) = 0$$
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:
$$\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3} = \frac{- 4 \cos{\left(\pi x \right)} + \cos{\left(2 \pi x \right)} - \frac{4 \cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}}{\pi^{2}} + \frac{1}{3}$$
- No
$$\frac{4 \left(\left(- \cos{\left(\pi x \right)} - \frac{\cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}\right) + \frac{\cos{\left(2 \pi x \right)}}{4}\right)}{\pi^{2}} + \frac{1}{3} = - \frac{- 4 \cos{\left(\pi x \right)} + \cos{\left(2 \pi x \right)} - \frac{4 \cos{\left(3 \pi x \right)}}{9}}{\pi^{2}} - \frac{1}{3}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar