Sr Examen

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Gráfico de la función y = cbrt(1+ln(1-5x+x^4sin^2(3/x)))

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
           _______________________________
          /        /           4    2/3\\ 
f(x) = 3 /  1 + log|1 - 5*x + x *sin |-|| 
       \/          \                 \x// 
f(x)=log(x4sin2(3x)+(15x))+13f{\left(x \right)} = \sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1}
f = (log(x^4*sin(3/x)^2 + 1 - 5*x) + 1)^(1/3)
Gráfico de la función
02468-8-6-4-2-101003
Dominio de definición de la función
Puntos en los que la función no está definida exactamente:
x1=0x_{1} = 0
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:
log(x4sin2(3x)+(15x))+13=0\sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \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 (1 + log(1 - 5*x + x^4*sin(3/x)^2))^(1/3).
log(04sin2(30)+(10))+13\sqrt[3]{\log{\left(0^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{0} \right)} + \left(1 - 0\right) \right)} + 1}
Resultado:
f(0)=NaNf{\left(0 \right)} = \text{NaN}
- no hay soluciones de la ecuación
Extremos de la función
Para hallar los extremos hay que resolver la ecuación
ddxf(x)=0\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:
ddxf(x)=\frac{d}{d x} f{\left(x \right)} =
primera derivada
4x3sin2(3x)6x2sin(3x)cos(3x)53(x4sin2(3x)+(15x))(log(x4sin2(3x)+(15x))+1)23=0\frac{4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5}{3 \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right)\right) \left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1\right)^{\frac{2}{3}}} = 0
Resolvermos esta ecuación
Soluciones no halladas,
tal vez la función no tenga extremos
Puntos de flexiones
Hallemos los puntos de flexiones, para eso hay que resolver la ecuación
d2dx2f(x)=0\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:
d2dx2f(x)=\frac{d^{2}}{d x^{2}} f{\left(x \right)} =
segunda derivada
4x2sin2(3x)12xsin(3x)cos(3x)(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)23(x4sin2(3x)5x+1)6sin2(3x)+6cos2(3x)2(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)29(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)(x4sin2(3x)5x+1)(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)23(x4sin2(3x)5x+1)=0\frac{4 x^{2} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 12 x \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{\left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{3 \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)} - 6 \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 \cos^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{2 \left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{9 \left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right) \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)}}{\left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right)^{\frac{2}{3}} \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)} = 0
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
x1=244596.684999628x_{1} = 244596.684999628
x2=284399.102248306x_{2} = 284399.102248306
x3=333311.91247622x_{3} = -333311.91247622
x4=252546.076105739x_{4} = 252546.076105739
x5=261479.53685676x_{5} = -261479.53685676
x6=373375.035246398x_{6} = -373375.035246398
x7=389427.552019417x_{7} = -389427.552019417
x8=253523.738331493x_{8} = -253523.738331493
x9=308342.659998427x_{9} = 308342.659998427
x10=340332.10964372x_{10} = 340332.10964372
x11=325311.748876607x_{11} = -325311.748876607
x12=372388.813304825x_{12} = 372388.813304825
x13=364368.688267124x_{13} = 364368.688267124
x14=332328.176438648x_{14} = 332328.176438648
x15=324328.548012198x_{15} = 324328.548012198
x16=293356.323015264x_{16} = -293356.323015264
x17=269440.856194412x_{17} = -269440.856194412
x18=356352.465938917x_{18} = 356352.465938917
x19=388440.414755609x_{19} = 388440.414755609
x20=277407.530548707x_{20} = -277407.530548707
x21=260501.184894358x_{21} = 260501.184894358
x22=349325.007069686x_{22} = -349325.007069686
x23=300356.641359459x_{23} = 300356.641359459
x24=365354.436564099x_{24} = -365354.436564099
x25=245573.635527823x_{25} = -245573.635527823
x26=292375.410141609x_{26} = 292375.410141609
x27=309324.747728602x_{27} = -309324.747728602
x28=276427.860539295x_{28} = 276427.860539295
x29=317315.988307293x_{29} = -317315.988307293
x30=285379.402616825x_{30} = -285379.402616825
x31=301338.149750189x_{31} = -301338.149750189
x32=268461.835323736x_{32} = 268461.835323736
x33=348340.240340051x_{33} = 348340.240340051
x34=316333.336656321x_{34} = 316333.336656321
x35=381399.435727811x_{35} = -381399.435727811
x36=341316.367440312x_{36} = -341316.367440312
x37=357337.729328578x_{37} = -357337.729328578
x38=380412.750942517x_{38} = 380412.750942517
Además hay que calcular los límites de y'' para los argumentos tendientes a los puntos de indeterminación de la función:
Puntos donde hay indeterminación:
x1=0x_{1} = 0

limx0(4x2sin2(3x)12xsin(3x)cos(3x)(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)23(x4sin2(3x)5x+1)6sin2(3x)+6cos2(3x)2(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)29(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)(x4sin2(3x)5x+1)(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)23(x4sin2(3x)5x+1))=1799,719\lim_{x \to 0^-}\left(\frac{4 x^{2} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 12 x \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{\left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{3 \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)} - 6 \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 \cos^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{2 \left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{9 \left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right) \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)}}{\left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right)^{\frac{2}{3}} \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)}\right) = \left\langle - \frac{179}{9}, - \frac{71}{9}\right\rangle
limx0+(4x2sin2(3x)12xsin(3x)cos(3x)(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)23(x4sin2(3x)5x+1)6sin2(3x)+6cos2(3x)2(4x3sin2(3x)+6x2sin(3x)cos(3x)+5)29(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)(x4sin2(3x)5x+1)(log(x4sin2(3x)5x+1)+1)23(x4sin2(3x)5x+1))=1799,719\lim_{x \to 0^+}\left(\frac{4 x^{2} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 12 x \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{\left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{3 \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)} - 6 \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 \cos^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - \frac{2 \left(- 4 x^{3} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 6 x^{2} \sin{\left(\frac{3}{x} \right)} \cos{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5\right)^{2}}{9 \left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right) \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)}}{\left(\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1 \right)} + 1\right)^{\frac{2}{3}} \left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} - 5 x + 1\right)}\right) = \left\langle - \frac{179}{9}, - \frac{71}{9}\right\rangle
- los límites son iguales, es decir omitimos el punto correspondiente

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:
No tiene corvaduras en todo el eje numérico
Asíntotas verticales
Hay:
x1=0x_{1} = 0
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
limxlog(x4sin2(3x)+(15x))+13=\lim_{x \to -\infty} \sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1} = \infty
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
limxlog(x4sin2(3x)+(15x))+13=\lim_{x \to \infty} \sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1} = \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 (1 + log(1 - 5*x + x^4*sin(3/x)^2))^(1/3), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
limx(log(x4sin2(3x)+(15x))+13x)=0\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1}}{x}\right) = 0
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
limx(log(x4sin2(3x)+(15x))+13x)=0\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \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:
log(x4sin2(3x)+(15x))+13=log(x4sin2(3x)+5x+1)+13\sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1} = \sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5 x + 1 \right)} + 1}
- No
log(x4sin2(3x)+(15x))+13=log(x4sin2(3x)+5x+1)+13\sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + \left(1 - 5 x\right) \right)} + 1} = - \sqrt[3]{\log{\left(x^{4} \sin^{2}{\left(\frac{3}{x} \right)} + 5 x + 1 \right)} + 1}
- No
es decir, función
no es
par ni impar