Sr Examen

Gráfico de la función y = (cos(x)-cos(x)*cos(x))/sin(x)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

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Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
       cos(x) - cos(x)*cos(x)
f(x) = ----------------------
               sin(x)        
$$f{\left(x \right)} = \frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}$$
f = (-cos(x)*cos(x) + cos(x))/sin(x)
Gráfico de la función
Dominio de definición de la función
Puntos en los que la función no está definida exactamente:
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 3.14159265358979$$
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:
$$\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = \frac{\pi}{2}$$
$$x_{2} = \frac{3 \pi}{2}$$
Solución numérica
$$x_{1} = 62.8318530717959$$
$$x_{2} = 1.5707963267949$$
$$x_{3} = -50.2654824574367$$
$$x_{4} = 14.1371669411541$$
$$x_{5} = -70.6858347057703$$
$$x_{6} = 32.9867228626928$$
$$x_{7} = 61.261056745001$$
$$x_{8} = -36.1283155162826$$
$$x_{9} = 7.85398163397448$$
$$x_{10} = 42.4115008234622$$
$$x_{11} = -43.9822971502571$$
$$x_{12} = 98.9601685880785$$
$$x_{13} = 83.2522053201295$$
$$x_{14} = -37.6991118430775$$
$$x_{15} = -89.5353906273091$$
$$x_{16} = -12.5663706143592$$
$$x_{17} = -54.9778714378214$$
$$x_{18} = -94.2477796076938$$
$$x_{19} = -67.5442420521806$$
$$x_{20} = -51.8362787842316$$
$$x_{21} = -83.2522053201295$$
$$x_{22} = -14.1371669411541$$
$$x_{23} = -56.5486677646163$$
$$x_{24} = 50.2654824574367$$
$$x_{25} = 92.6769832808989$$
$$x_{26} = 64.4026493985908$$
$$x_{27} = 48.6946861306418$$
$$x_{28} = 67.5442420521806$$
$$x_{29} = -87.9645943005142$$
$$x_{30} = 76.9690200129499$$
$$x_{31} = -32.9867228626928$$
$$x_{32} = 23.5619449019235$$
$$x_{33} = 10.9955742875643$$
$$x_{34} = 50.2654824574367$$
$$x_{35} = 6.28318530717959$$
$$x_{36} = -80.1106126665397$$
$$x_{37} = 31.4159265358979$$
$$x_{38} = -64.4026493985908$$
$$x_{39} = -29.845130209103$$
$$x_{40} = -86.3937979737193$$
$$x_{41} = 4.71238898038469$$
$$x_{42} = 17.2787595947439$$
$$x_{43} = 20.4203522483337$$
$$x_{44} = -76.9690200129499$$
$$x_{45} = 94.2477796076938$$
$$x_{46} = 69.1150383789755$$
$$x_{47} = 37.6991118430775$$
$$x_{48} = -1.5707963267949$$
$$x_{49} = 86.3937979737193$$
$$x_{50} = 39.2699081698724$$
$$x_{51} = -39.2699081698724$$
$$x_{52} = -6.28318530717959$$
$$x_{53} = 36.1283155162826$$
$$x_{54} = -75.398223686155$$
$$x_{55} = 51.8362787842316$$
$$x_{56} = 80.1106126665397$$
$$x_{57} = -92.6769832808989$$
$$x_{58} = 89.5353906273091$$
$$x_{59} = 58.1194640914112$$
$$x_{60} = 73.8274273593601$$
$$x_{61} = -58.1194640914112$$
$$x_{62} = -20.4203522483337$$
$$x_{63} = 54.9778714378214$$
$$x_{64} = -25.1327412287183$$
$$x_{65} = -95.8185759344887$$
$$x_{66} = 29.845130209103$$
$$x_{67} = 81.6814089933346$$
$$x_{68} = 26.7035375555132$$
$$x_{69} = 100.530964914873$$
$$x_{70} = -23.5619449019235$$
$$x_{71} = -42.4115008234622$$
$$x_{72} = 25.1327412287183$$
$$x_{73} = -61.261056745001$$
$$x_{74} = -48.6946861306418$$
$$x_{75} = 70.6858347057703$$
$$x_{76} = -98.9601685880785$$
$$x_{77} = 12.5663706143592$$
$$x_{78} = 87.9645943005142$$
$$x_{79} = -100.530964914873$$
$$x_{80} = -26.7035375555132$$
$$x_{81} = -10.9955742875643$$
$$x_{82} = 18.8495559215388$$
$$x_{83} = 43.9822971502571$$
$$x_{84} = -31.4159265358979$$
$$x_{85} = 45.553093477052$$
$$x_{86} = 56.5486677646163$$
$$x_{87} = -81.6814089933346$$
$$x_{88} = -73.8274273593601$$
$$x_{89} = -4.71238898038469$$
$$x_{90} = -45.553093477052$$
$$x_{91} = -7.85398163397448$$
$$x_{92} = -17.2787595947439$$
$$x_{93} = 95.8185759344887$$
$$x_{94} = 75.398223686155$$
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) - cos(x)*cos(x))/sin(x).
$$\frac{- \cos{\left(0 \right)} \cos{\left(0 \right)} + \cos{\left(0 \right)}}{\sin{\left(0 \right)}}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = \text{NaN}$$
- no hay soluciones de la ecuación
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
$$\frac{2 \sin{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} - \sin{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} - \frac{\left(- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}\right) \cos{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}$$
$$x_{2} = 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}$$
Signos de extremos en los puntos:
                            /      /      /   ____________\\      /      /   ____________\\\  
        /   ____________\   |     2|      |  /        ___ ||      |      |  /        ___ |||  
        |  /        ___ |  -\- cos \2*atan\\/  -2 + \/ 5  // + cos\2*atan\\/  -2 + \/ 5  ///  
(-2*atan\\/  -2 + \/ 5  /, ------------------------------------------------------------------)
                                                 /      /   ____________\\                    
                                                 |      |  /        ___ ||                    
                                              sin\2*atan\\/  -2 + \/ 5  //                    

                                /      /   ____________\\      /      /   ____________\\ 
       /   ____________\       2|      |  /        ___ ||      |      |  /        ___ || 
       |  /        ___ |  - cos \2*atan\\/  -2 + \/ 5  // + cos\2*atan\\/  -2 + \/ 5  // 
(2*atan\\/  -2 + \/ 5  /, --------------------------------------------------------------)
                                              /      /   ____________\\                  
                                              |      |  /        ___ ||                  
                                           sin\2*atan\\/  -2 + \/ 5  //                  


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:
$$x_{1} = - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[- 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}, 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - 2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}\right] \cup \left[2 \operatorname{atan}{\left(\sqrt{-2 + \sqrt{5}} \right)}, \infty\right)$$
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
$$- \frac{\left(1 + \frac{2 \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}\right) \left(\cos{\left(x \right)} - 1\right) \cos{\left(x \right)} + 2 \left(2 \cos{\left(x \right)} - 1\right) \cos{\left(x \right)} + 2 \sin^{2}{\left(x \right)} - 2 \cos^{2}{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Soluciones no halladas,
tal vez la función no tenga flexiones
Asíntotas verticales
Hay:
$$x_{1} = 0$$
$$x_{2} = 3.14159265358979$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \lim_{x \to -\infty}\left(\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}\right)$$
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = \lim_{x \to \infty}\left(\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}\right)$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función (cos(x) - cos(x)*cos(x))/sin(x), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = x \lim_{x \to -\infty}\left(\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{x \sin{\left(x \right)}}\right)$$
True

Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la derecha:
$$y = x \lim_{x \to \infty}\left(\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{x \sin{\left(x \right)}}\right)$$
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:
$$\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} = - \frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}$$
- No
$$\frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} = \frac{- \cos{\left(x \right)} \cos{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar