Sr Examen

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(-cos(x*sqrt(15)/2)-sin(x*sqrt(15)/2))*exp(x/2)

Gráfico de la función y = (-cos(x*sqrt(15)/2)-sin(x*sqrt(15)/2))*exp(x/2)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
                                          x
       /     /    ____\      /    ____\\  -
       |     |x*\/ 15 |      |x*\/ 15 ||  2
f(x) = |- cos|--------| - sin|--------||*e 
       \     \   2    /      \   2    //   
$$f{\left(x \right)} = \left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}$$
f = (-sin((sqrt(15)*x)/2) - cos((sqrt(15)*x)/2))*exp(x/2)
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:
$$\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = - \frac{\sqrt{15} \pi}{30}$$
Solución numérica
$$x_{1} = -16.6286925714918$$
$$x_{2} = 12.5729138955182$$
$$x_{3} = -10.139446689934$$
$$x_{4} = -6.89482374915514$$
$$x_{5} = 17.4398483066865$$
$$x_{6} = -78.2765284462907$$
$$x_{7} = -47.4526105088913$$
$$x_{8} = -36.0964302161651$$
$$x_{9} = -60.4311022720068$$
$$x_{10} = -52.3195449200596$$
$$x_{11} = -3.65020080837625$$
$$x_{12} = -68.542659623954$$
$$x_{13} = 57.9976350664227$$
$$x_{14} = -76.6542169759013$$
$$x_{15} = -104.233511972522$$
$$x_{16} = 40.1522088921388$$
$$x_{17} = -79.8988399166802$$
$$x_{18} = 49.8860777144754$$
$$x_{19} = -11.7617581603235$$
$$x_{20} = -63.6757252127857$$
$$x_{21} = 6.08366801396042$$
$$x_{22} = -70.1649710943435$$
$$x_{23} = 23.9290941882443$$
$$x_{24} = 48.263766244086$$
$$x_{25} = -42.5856760977229$$
$$x_{26} = -0.405577867597361$$
$$x_{27} = 30.4183400698021$$
$$x_{28} = 15.8175368362971$$
$$x_{29} = 51.5083891848649$$
$$x_{30} = -19.8733155122707$$
$$x_{31} = 41.7745203625282$$
$$x_{32} = 33.662963010581$$
$$x_{33} = -34.4741187457757$$
$$x_{34} = -13.3840696307129$$
$$x_{35} = 7.70597948434986$$
$$x_{36} = -73.4095940351224$$
$$x_{37} = 54.7530121256438$$
$$x_{38} = -32.8518072753863$$
$$x_{39} = -45.8302990385018$$
$$x_{40} = 4.46135654357097$$
$$x_{41} = -29.6071843346074$$
$$x_{42} = -89.6327087390168$$
$$x_{43} = 28.7960285994126$$
$$x_{44} = 46.6414547736965$$
$$x_{45} = -26.3625613938285$$
$$x_{46} = -96.1219546205746$$
$$x_{47} = -53.941856390449$$
$$x_{48} = 38.5298974217493$$
$$x_{49} = -44.2079875681124$$
$$x_{50} = -62.0534137423963$$
$$x_{51} = 25.5514056586338$$
$$x_{52} = 59.6199465368121$$
$$x_{53} = -97.744266090964$$
$$x_{54} = 14.1952253659076$$
$$x_{55} = -71.7872825647329$$
$$x_{56} = 43.3968318329176$$
$$x_{57} = -8.51713521954458$$
$$x_{58} = -55.5641678608385$$
$$x_{59} = 22.3067827178549$$
$$x_{60} = 56.3753235960332$$
$$x_{61} = 66.1091924183699$$
$$x_{62} = -94.4996431501852$$
$$x_{63} = -2.02788933798681$$
$$x_{64} = -88.0103972686274$$
$$x_{65} = -86.3880857982379$$
$$x_{66} = -21.4956269826601$$
$$x_{67} = -18.2510040418813$$
$$x_{68} = -39.341053156944$$
$$x_{69} = 32.0406515401915$$
$$x_{70} = -81.5211513870696$$
$$x_{71} = -99.3665775613535$$
$$x_{72} = -27.9848728642179$$
$$x_{73} = 20.6844712474654$$
$$x_{74} = -37.7187416865546$$
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 (-cos((x*sqrt(15))/2) - sin((x*sqrt(15))/2))*exp(x/2).
$$\left(- \cos{\left(\frac{0 \sqrt{15}}{2} \right)} - \sin{\left(\frac{0 \sqrt{15}}{2} \right)}\right) e^{\frac{0}{2}}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = -1$$
Punto:
(0, -1)
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
$$\left(\frac{\sqrt{15} \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}}{2} - \frac{\sqrt{15} \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}}{2}\right) e^{\frac{x}{2}} + \frac{\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}}{2} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{8}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{\sqrt{15}}{7} \right)}}{15}$$
$$x_{2} = - \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{\sqrt{15}}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{8}{7} \right)}}{15}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                                                                                                                                     /          ____     ____       ___\ 
                                                                                                                                                            ____     |  8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 | 
              /          ____     ____       ___\                                                                                                       2*\/ 15 *atan|- - - -------- + ------ + -------| 
     ____     |  8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 |                                                                                                                    \  7      7         7         7   / 
 4*\/ 15 *atan|- - - -------- + ------ + -------|  /     /      /          ____     ____       ___\\      /      /          ____     ____       ___\\\  ------------------------------------------------ 
              \  7      7         7         7   /  |     |      |  8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 ||      |      |  8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 |||                         15                        
(------------------------------------------------, |- cos|2*atan|- - - -------- + ------ + -------|| - sin|2*atan|- - - -------- + ------ + -------|||*e                                                )
                        15                         \     \      \  7      7         7         7   //      \      \  7      7         7         7   ///                                                   

                                                                                                                                                                 /        ____     ____       ___\ 
                                                                                                                                                        ____     |8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 | 
               /        ____     ____       ___\                                                                                                   -2*\/ 15 *atan|- - -------- - ------ + -------| 
      ____     |8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 |                                                                                                                 \7      7         7         7   / 
 -4*\/ 15 *atan|- - -------- - ------ + -------|  /     /      /        ____     ____       ___\\      /      /        ____     ____       ___\\\  ----------------------------------------------- 
               \7      7         7         7   /  |     |      |8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 ||      |      |8   2*\/ 30    \/ 15    2*\/ 2 |||                         15                       
(-----------------------------------------------, |- cos|2*atan|- - -------- - ------ + -------|| + sin|2*atan|- - -------- - ------ + -------|||*e                                               )
                        15                        \     \      \7      7         7         7   //      \      \7      7         7         7   ///                                                  


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:
$$x_{1} = - \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{\sqrt{15}}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{8}{7} \right)}}{15}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{8}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{\sqrt{15}}{7} \right)}}{15}$$
Decrece en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{8}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{\sqrt{15}}{7} \right)}}{15}\right] \cup \left[- \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{\sqrt{15}}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{8}{7} \right)}}{15}, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left[\frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{8}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{\sqrt{15}}{7} \right)}}{15}, - \frac{4 \sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(- \frac{2 \sqrt{30}}{7} - \frac{\sqrt{15}}{7} + \frac{2 \sqrt{2}}{7} + \frac{8}{7} \right)}}{15}\right]$$
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
$$\frac{\left(2 \sqrt{15} \left(\sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) + 14 \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} + 14 \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}}{4} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \frac{\sqrt{15} i \log{\left(\frac{- \sqrt{15} + 7 + \sqrt{15} i + 7 i}{-7 + \sqrt{15} + \sqrt{15} i + 7 i} \right)}}{15}$$

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
$$\left[\frac{\sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(\frac{\frac{\left(-7 + \sqrt{15}\right) \left(\sqrt{15} + 7\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}} + \frac{\left(-7 - \sqrt{15}\right) \left(7 - \sqrt{15}\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}}}{\frac{\left(-7 + \sqrt{15}\right) \left(7 - \sqrt{15}\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}} - \frac{\left(-7 - \sqrt{15}\right) \left(\sqrt{15} + 7\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}}} \right)}}{15}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, \frac{\sqrt{15} \operatorname{atan}{\left(\frac{\frac{\left(-7 + \sqrt{15}\right) \left(\sqrt{15} + 7\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}} + \frac{\left(-7 - \sqrt{15}\right) \left(7 - \sqrt{15}\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}}}{\frac{\left(-7 + \sqrt{15}\right) \left(7 - \sqrt{15}\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}} - \frac{\left(-7 - \sqrt{15}\right) \left(\sqrt{15} + 7\right)}{\left(-7 + \sqrt{15}\right)^{2} + \left(\sqrt{15} + 7\right)^{2}}} \right)}}{15}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = 0$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función (-cos((x*sqrt(15))/2) - sin((x*sqrt(15))/2))*exp(x/2), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}}}{x}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la derecha:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle x$$
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:
$$\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}} = \left(\sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{- \frac{x}{2}}$$
- No
$$\left(- \sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{\frac{x}{2}} = - \left(\sin{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{\sqrt{15} x}{2} \right)}\right) e^{- \frac{x}{2}}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar
Gráfico
Gráfico de la función y = (-cos(x*sqrt(15)/2)-sin(x*sqrt(15)/2))*exp(x/2)