Sr Examen

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(cos(x*sqrt(5))+sin(x*sqrt(5)))*exp(-x)

Gráfico de la función y = (cos(x*sqrt(5))+sin(x*sqrt(5)))*exp(-x)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
       /   /    ___\      /    ___\\  -x
f(x) = \cos\x*\/ 5 / + sin\x*\/ 5 //*e  
$$f{\left(x \right)} = \left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x}$$
f = (sin(sqrt(5)*x) + cos(sqrt(5)*x))*exp(-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:
$$\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Puntos de cruce con el eje X:

Solución analítica
$$x_{1} = - \frac{\sqrt{5} \pi}{20}$$
Solución numérica
$$x_{1} = 34.7728329186516$$
$$x_{2} = 3.8636481020724$$
$$x_{3} = 13.6983887255294$$
$$x_{4} = 69.8969065738552$$
$$x_{5} = 44.6075735421086$$
$$x_{6} = 40.3926847034842$$
$$x_{7} = -17.2107960910498$$
$$x_{8} = 97.9961654980181$$
$$x_{9} = -0.351240736552036$$
$$x_{10} = -3.16116662896833$$
$$x_{11} = 60.0621659503982$$
$$x_{12} = -10.1859813600091$$
$$x_{13} = -31.2604255531312$$
$$x_{14} = 26.3430552414027$$
$$x_{15} = 83.9465360359367$$
$$x_{16} = -7.37605546759276$$
$$x_{17} = 27.7480181876109$$
$$x_{18} = 31.9629070262353$$
$$x_{19} = 86.756461928353$$
$$x_{20} = 88.1614248745611$$
$$x_{21} = -24.2356108220905$$
$$x_{22} = 46.0125364883168$$
$$x_{23} = 20.7232034565701$$
$$x_{24} = 78.3266842511041$$
$$x_{25} = 41.7976476496923$$
$$x_{26} = 72.7068324662715$$
$$x_{27} = 6.67357399448869$$
$$x_{28} = 82.5415730897285$$
$$x_{29} = -15.8058331448416$$
$$x_{30} = 92.3763137131856$$
$$x_{31} = 12.2934257793213$$
$$x_{32} = 36.1777958648597$$
$$x_{33} = 8.07853694069684$$
$$x_{34} = -1.75620368276018$$
$$x_{35} = 17.9132775641539$$
$$x_{36} = 64.2770547890226$$
$$x_{37} = 22.1281664027783$$
$$x_{38} = 58.6572030041901$$
$$x_{39} = 79.7316471973122$$
$$x_{40} = 100.806091390434$$
$$x_{41} = 93.7812766593937$$
$$x_{42} = 54.4423141655656$$
$$x_{43} = 55.8472771117738$$
$$x_{44} = 30.5579440800272$$
$$x_{45} = 2.45868515586425$$
$$x_{46} = 48.8224623807331$$
$$x_{47} = 68.4919436276471$$
$$x_{48} = -5.97109252138462$$
$$x_{49} = -25.6405737682987$$
$$x_{50} = 96.59120255181$$
$$x_{51} = 51.6323882731493$$
$$x_{52} = 62.8720918428145$$
$$x_{53} = -21.4256849296742$$
$$x_{54} = -29.8554626069231$$
$$x_{55} = 16.5083146179457$$
$$x_{56} = -20.0207219834661$$
$$x_{57} = 50.2274253269412$$
$$x_{58} = 74.1117954124797$$
$$x_{59} = -11.5909443062172$$
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(5)) + sin(x*sqrt(5)))*exp(-x).
$$\left(\sin{\left(0 \sqrt{5} \right)} + \cos{\left(0 \sqrt{5} \right)}\right) e^{- 0}$$
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
$$\left(- \sqrt{5} \sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \sqrt{5} \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} - \left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{15}}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} \right)}}{5}$$
$$x_{2} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} + \frac{\sqrt{15}}{2} \right)}}{5}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                                                                                                               /      ___     ___     ____\ 
                                                                                                                                       ___     |3   \/ 5    \/ 3    \/ 15 | 
              /      ___     ___     ____\                                                                                         2*\/ 5 *atan|- + ----- - ----- - ------| 
      ___     |3   \/ 5    \/ 3    \/ 15 |                                                                                                     \2     2       2       2   / 
 -2*\/ 5 *atan|- + ----- - ----- - ------|  /     /      /      ___     ___     ____\\      /      /      ___     ___     ____\\\  ---------------------------------------- 
              \2     2       2       2   /  |     |      |3   \/ 5    \/ 3    \/ 15 ||      |      |3   \/ 5    \/ 3    \/ 15 |||                     5                     
(-----------------------------------------, |- sin|2*atan|- + ----- - ----- - ------|| + cos|2*atan|- + ----- - ----- - ------|||*e                                        )
                     5                      \     \      \2     2       2       2   //      \      \2     2       2       2   ///                                           

                                                                                                                                               /      ___     ___     ____\ 
                                                                                                                                       ___     |3   \/ 3    \/ 5    \/ 15 | 
              /      ___     ___     ____\                                                                                         2*\/ 5 *atan|- + ----- + ----- + ------| 
      ___     |3   \/ 3    \/ 5    \/ 15 |                                                                                                     \2     2       2       2   / 
 -2*\/ 5 *atan|- + ----- + ----- + ------|  /     /      /      ___     ___     ____\\      /      /      ___     ___     ____\\\  ---------------------------------------- 
              \2     2       2       2   /  |     |      |3   \/ 3    \/ 5    \/ 15 ||      |      |3   \/ 3    \/ 5    \/ 15 |||                     5                     
(-----------------------------------------, |- sin|2*atan|- + ----- + ----- + ------|| + cos|2*atan|- + ----- + ----- + ------|||*e                                        )
                     5                      \     \      \2     2       2       2   //      \      \2     2       2       2   ///                                           


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:
$$x_{1} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} + \frac{\sqrt{15}}{2} \right)}}{5}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{15}}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} \right)}}{5}$$
Decrece en los intervalos
$$\left[- \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} + \frac{\sqrt{15}}{2} \right)}}{5}, - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{15}}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} \right)}}{5}\right]$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} + \frac{\sqrt{15}}{2} \right)}}{5}\right] \cup \left[- \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- \frac{\sqrt{15}}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{5}}{2} + \frac{3}{2} \right)}}{5}, \infty\right)$$
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
$$2 \left(\sqrt{5} \left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} - \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) - 2 \sin{\left(\sqrt{5} x \right)} - 2 \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 3 \sqrt{10} - 4 \sqrt{5} + 6 \sqrt{2} + 9 \right)}}{5}$$
$$x_{2} = - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 4 \sqrt{5} - 6 \sqrt{2} + 9 + 3 \sqrt{10} \right)}}{5}$$

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
$$\left(-\infty, - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 4 \sqrt{5} - 6 \sqrt{2} + 9 + 3 \sqrt{10} \right)}}{5}\right] \cup \left[- \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 3 \sqrt{10} - 4 \sqrt{5} + 6 \sqrt{2} + 9 \right)}}{5}, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left[- \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 4 \sqrt{5} - 6 \sqrt{2} + 9 + 3 \sqrt{10} \right)}}{5}, - \frac{2 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(- 3 \sqrt{10} - 4 \sqrt{5} + 6 \sqrt{2} + 9 \right)}}{5}\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la derecha:
$$y = 0$$
Asíntotas inclinadas
Se puede hallar la asíntota inclinada calculando el límite de la función (cos(x*sqrt(5)) + sin(x*sqrt(5)))*exp(-x), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x}}{x}\right) = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = \left\langle -\infty, \infty\right\rangle x$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x}}{x}\right) = 0$$
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:
$$\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} = \left(- \sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{x}$$
- No
$$\left(\sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{- x} = - \left(- \sin{\left(\sqrt{5} x \right)} + \cos{\left(\sqrt{5} x \right)}\right) e^{x}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar
Gráfico
Gráfico de la función y = (cos(x*sqrt(5))+sin(x*sqrt(5)))*exp(-x)