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Gráfico de la función y = -4-cos(x)-sin(x)+2^x/(1+log(2)^2)

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

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

Solución numérica
$$x_{1} = 2.49413836922879$$
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 -4 - cos(x) - sin(x) + 2^x/(1 + log(2)^2).
$$\left(\left(-4 - \cos{\left(0 \right)}\right) - \sin{\left(0 \right)}\right) + \frac{2^{0}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = -5 + \frac{1}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1}$$
Punto:
(0, -5 + 1/(1 + log(2)^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
$$\frac{2^{x} \log{\left(2 \right)}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = -46.3384916404494$$
$$x_{2} = -30.6305283726996$$
$$x_{3} = -68.329640215578$$
$$x_{4} = -84.037603483527$$
$$x_{5} = -55.7632696012188$$
$$x_{6} = -93.4623814442964$$
$$x_{7} = -71.4712328691678$$
$$x_{8} = -65.1880475619882$$
$$x_{9} = -96.6039740978861$$
$$x_{10} = -18.064158966128$$
$$x_{11} = -14.9225544440083$$
$$x_{12} = -27.4889357171531$$
$$x_{13} = -11.78106652319$$
$$x_{14} = -21.2057502748483$$
$$x_{15} = -49.4800842940392$$
$$x_{16} = -24.3473430808317$$
$$x_{17} = -8.63854907961704$$
$$x_{18} = -62.0464549083984$$
$$x_{19} = -87.1791961371168$$
$$x_{20} = -228.550865548657$$
$$x_{21} = -90.3207887907066$$
$$x_{22} = -52.621676947629$$
$$x_{23} = -5.5050771238138$$
$$x_{24} = -40.0553063332696$$
$$x_{25} = 0.34983867063653$$
$$x_{26} = -58.9048622548086$$
$$x_{27} = -36.9137136796826$$
$$x_{28} = 0.34983867063725$$
$$x_{29} = -80.8960108299372$$
$$x_{30} = -43.1968989868597$$
$$x_{31} = -77.7544181763474$$
$$x_{32} = -99.7455667514759$$
$$x_{33} = -2.28837093437763$$
$$x_{34} = -33.7721210260677$$
$$x_{35} = -74.6128255227576$$
Signos de extremos en los puntos:
                                         1.12389066087535e-14 
(-46.33849164044945, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         6.01578320347801e-10 
(-30.630528372699647, -5.4142135623731 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                       2.69605471782059e-21 
(-68.329640215578, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                  2         
                                           1 + log (2)      

                                         5.03686821093774e-26 
(-84.03760348352696, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         1.63524636999539e-17 
(-55.76326960121883, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         7.32857807686204e-29 
(-93.46238144429635, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         3.05502718607258e-22 
(-71.47123286916779, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         2.37926231053509e-20 
(-65.18804756198821, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         8.30435862895539e-30 
(-96.60397409788614, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                          3.64876845622627e-6 
(-18.064158966127973, -5.41421356237206 + -------------------)
                                                     2        
                                              1 + log (2)     

                                          3.22005656236401e-5 
(-14.922554444008298, -2.58578643770727 + -------------------)
                                                     2        
                                              1 + log (2)     

                                          5.30891534551978e-9 
(-27.488935717153083, -2.58578643762691 + -------------------)
                                                     2        
                                              1 + log (2)     

                                          0.000284148649063999 
(-11.781066523189953, -5.41421355611549 + --------------------)
                                                     2         
                                              1 + log (2)      

                                          4.13459606253903e-7 
(-21.205750274848292, -2.58578643762692 + -------------------)
                                                     2        
                                              1 + log (2)     

                                          1.27353369367919e-15 
(-49.480084294039244, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                     2         
                                              1 + log (2)      

                                          4.68510596492499e-8 
(-24.347343080831735, -5.41421356237309 + -------------------)
                                                     2        
                                              1 + log (2)     

                                       0.00250921345706745 
(-8.63854907961704, -2.5857869255956 + -------------------)
                                                  2        
                                           1 + log (2)     

                                         2.09969371352705e-19 
(-62.04645490839842, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         5.70751372936474e-27 
(-87.17919613711676, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         1.5824643497876e-69 
(-228.55086554865747, -2.5857864376269 + -------------------)
                                                    2        
                                             1 + log (2)     

                                        6.46745390323051e-28 
(-90.32078879070656, -2.5857864376269 + --------------------)
                                                   2         
                                            1 + log (2)      

                                          1.44310129570163e-16 
(-52.621676947629034, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                     2         
                                              1 + log (2)      

                                         0.0220194596479633 
(-5.505077123813801, -5.41417598419189 + ------------------)
                                                   2        
                                            1 + log (2)     

                                         8.75288672642304e-13 
(-40.05530633326958, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         1.27441810755427 
(0.34983867063652996, -5.2821742746995 + ----------------)
                                                  2       
                                           1 + log (2)    

                                         1.85297504655278e-18 
(-58.90486225480862, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         7.72440312834413e-12 
(-36.91371367968263, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                         1.27441810755491 
(0.3498386706372505, -5.28217427469993 + ----------------)
                                                  2       
                                           1 + log (2)    

                                         4.44502502794306e-25 
(-80.89601082993718, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                          9.91831016228282e-14 
(-43.196898986859686, -5.41421356237309 + --------------------)
                                                     2         
                                              1 + log (2)      

                                         3.92272473123968e-24 
(-77.75441817634739, -2.58578643762691 + --------------------)
                                                    2         
                                             1 + log (2)      

                                        9.41006174936374e-31 
(-99.74556675147593, -5.4142135623731 + --------------------)
                                                   2         
                                            1 + log (2)      

                                         0.204706535167316 
(-2.288370934377629, -2.58903790668087 + -----------------)
                                                   2       
                                            1 + log (2)    

                                         6.8167686336223e-11 
(-33.77212102606771, -2.58578643762691 + -------------------)
                                                    2        
                                             1 + log (2)     

                                         3.4617958774914e-23 
(-74.61282552275759, -5.41421356237309 + -------------------)
                                                    2        
                                             1 + log (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:
$$x_{1} = -30.6305283726996$$
$$x_{2} = -68.329640215578$$
$$x_{3} = -55.7632696012188$$
$$x_{4} = -93.4623814442964$$
$$x_{5} = -18.064158966128$$
$$x_{6} = -11.78106652319$$
$$x_{7} = -49.4800842940392$$
$$x_{8} = -24.3473430808317$$
$$x_{9} = -62.0464549083984$$
$$x_{10} = -87.1791961371168$$
$$x_{11} = -5.5050771238138$$
$$x_{12} = 0.34983867063653$$
$$x_{13} = -36.9137136796826$$
$$x_{14} = 0.34983867063725$$
$$x_{15} = -80.8960108299372$$
$$x_{16} = -43.1968989868597$$
$$x_{17} = -99.7455667514759$$
$$x_{18} = -74.6128255227576$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{18} = -46.3384916404494$$
$$x_{18} = -84.037603483527$$
$$x_{18} = -71.4712328691678$$
$$x_{18} = -65.1880475619882$$
$$x_{18} = -96.6039740978861$$
$$x_{18} = -14.9225544440083$$
$$x_{18} = -27.4889357171531$$
$$x_{18} = -21.2057502748483$$
$$x_{18} = -8.63854907961704$$
$$x_{18} = -228.550865548657$$
$$x_{18} = -90.3207887907066$$
$$x_{18} = -52.621676947629$$
$$x_{18} = -40.0553063332696$$
$$x_{18} = -58.9048622548086$$
$$x_{18} = -77.7544181763474$$
$$x_{18} = -2.28837093437763$$
$$x_{18} = -33.7721210260677$$
Decrece en los intervalos
$$\left[0.34983867063725, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left(-\infty, -99.7455667514759\right]$$
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
$$\frac{2^{x} \log{\left(2 \right)}^{2}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = -79.3252145031423$$
$$x_{2} = -73.0420291959627$$
$$x_{3} = -66.7588438887831$$
$$x_{4} = -85.6083998103219$$
$$x_{5} = -82.4668071567321$$
$$x_{6} = -22.7765467065873$$
$$x_{7} = -69.9004365423729$$
$$x_{8} = -44.7676953136546$$
$$x_{9} = -35.3429173528799$$
$$x_{10} = -51.0508806208341$$
$$x_{11} = -32.2013246993419$$
$$x_{12} = -16.493358943947$$
$$x_{13} = -60.4756585816035$$
$$x_{14} = -41.6261026600647$$
$$x_{15} = -19.6349543667947$$
$$x_{16} = -10.2099823792365$$
$$x_{17} = -7.07029101430206$$
$$x_{18} = -0.907999379078339$$
$$x_{19} = -107.59954838545$$
$$x_{20} = -63.6172512351933$$
$$x_{21} = -54.1924732744239$$
$$x_{22} = -3.91174305409906$$
$$x_{23} = -47.9092879672443$$
$$x_{24} = -25.9181393957349$$
$$x_{25} = -13.3517907286293$$
$$x_{26} = -88.7499924639117$$
$$x_{27} = -95.0331777710912$$
$$x_{28} = -76.1836218495525$$
$$x_{29} = -38.4845100064756$$
$$x_{30} = -29.0597320452955$$
$$x_{31} = -57.3340659280137$$
$$x_{32} = -98.174770424681$$
$$x_{33} = -91.8915851175014$$

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
$$\left[-0.907999379078339, \infty\right)$$
Convexa en los intervalos
$$\left(-\infty, -107.59954838545\right]$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right)\right) = \left\langle -6, -2\right\rangle$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota horizontal a la izquierda:
$$y = \left\langle -6, -2\right\rangle$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right)\right) = \infty$$
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 -4 - cos(x) - sin(x) + 2^x/(1 + log(2)^2), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right)}{x}\right) = 0$$
Tomamos como el límite
es decir,
la inclinada coincide con la asíntota horizontal a la derecha
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right)}{x}\right) = \infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota inclinada a la derecha
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:
$$\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right) = \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)} - 4 + \frac{2^{- x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1}$$
- No
$$\frac{2^{x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1} + \left(\left(- \cos{\left(x \right)} - 4\right) - \sin{\left(x \right)}\right) = - \sin{\left(x \right)} + \cos{\left(x \right)} + 4 - \frac{2^{- x}}{\log{\left(2 \right)}^{2} + 1}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar