Sr Examen

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Gráfico de la función y = (x-1)/2+arcsin(1/(x-1))

v

Gráfico:

interior superior

Puntos de intersección:

mostrar?

Definida a trozos:

Solución

Ha introducido [src]
       x - 1       /  1  \
f(x) = ----- + asin|-----|
         2         \x - 1/
$$f{\left(x \right)} = \frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)}$$
f = (x - 1)/2 + asin(1/(x - 1))
Gráfico de la función
Dominio de definición de la función
Puntos en los que la función no está definida exactamente:
$$x_{1} = 1$$
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:
$$\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)} = 0$$
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 (x - 1)/2 + asin(1/(x - 1)).
$$\operatorname{asin}{\left(\frac{1}{-1} \right)} - \frac{1}{2}$$
Resultado:
$$f{\left(0 \right)} = - \frac{\pi}{2} - \frac{1}{2}$$
Punto:
(0, -1/2 - pi/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
$$\frac{1}{2} - \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}} \left(x - 1\right)^{2}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 1 - \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}$$
$$x_{2} = 1 + \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}$$
Signos de extremos en los puntos:
                                                         ____________ 
                                                        /       ____  
          ____________                                 /  1   \/ 17   
         /       ____                                 /   - + ------  
        /  1   \/ 17          /        1        \   \/    2     2     
(1 -   /   - + ------, - asin|-----------------| - -----------------)
     \/    2     2            |     ____________|           2         
                              |    /       ____ |                     
                              |   /  1   \/ 17  |                     
                              |  /   - + ------ |                     
                              \\/    2     2    /                     

                             ____________                           
                            /       ____                            
          ____________     /  1   \/ 17                             
         /       ____     /   - + ------                            
        /  1   \/ 17    \/    2     2           /        1        \ 
(1 +   /   - + ------, ----------------- + asin|-----------------|)
     \/    2     2              2               |     ____________| 
                                                |    /       ____ | 
                                                |   /  1   \/ 17  | 
                                                |  /   - + ------ | 
                                                \\/    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:
$$x_{1} = 1 + \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}$$
Puntos máximos de la función:
$$x_{1} = 1 - \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}$$
Decrece en los intervalos
$$\left(-\infty, 1 - \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}\right] \cup \left[1 + \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}, \infty\right)$$
Crece en los intervalos
$$\left[1 - \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}, 1 + \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{17}}{2}}\right]$$
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
$$\frac{2 + \frac{1}{\left(1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}\right) \left(x - 1\right)^{2}}}{\sqrt{1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}} \left(x - 1\right)^{3}} = 0$$
Resolvermos esta ecuación
Raíces de esta ecuación
$$x_{1} = 1 - \frac{\sqrt{2}}{2}$$
$$x_{2} = \frac{\sqrt{2}}{2} + 1$$
Además hay que calcular los límites de y'' para los argumentos tendientes a los puntos de indeterminación de la función:
Puntos donde hay indeterminación:
$$x_{1} = 1$$

$$\lim_{x \to 1^-}\left(\frac{2 + \frac{1}{\left(1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}\right) \left(x - 1\right)^{2}}}{\sqrt{1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}} \left(x - 1\right)^{3}}\right) = \infty i$$
$$\lim_{x \to 1^+}\left(\frac{2 + \frac{1}{\left(1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}\right) \left(x - 1\right)^{2}}}{\sqrt{1 - \frac{1}{\left(x - 1\right)^{2}}} \left(x - 1\right)^{3}}\right) = - \infty i$$
- los límites no son iguales, signo
$$x_{1} = 1$$
- es el punto de flexión

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:
$$x_{1} = 1$$
Asíntotas horizontales
Hallemos las asíntotas horizontales mediante los límites de esta función con x->+oo y x->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)}\right) = -\infty$$
Tomamos como el límite
es decir,
no hay asíntota horizontal a la izquierda
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)}\right) = \infty$$
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 (x - 1)/2 + asin(1/(x - 1)), dividida por x con x->+oo y x ->-oo
$$\lim_{x \to -\infty}\left(\frac{\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)}}{x}\right) = \frac{1}{2}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la izquierda:
$$y = \frac{x}{2}$$
$$\lim_{x \to \infty}\left(\frac{\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)}}{x}\right) = \frac{1}{2}$$
Tomamos como el límite
es decir,
ecuación de la asíntota inclinada a la derecha:
$$y = \frac{x}{2}$$
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:
$$\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)} = - \frac{x}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{- x - 1} \right)} - \frac{1}{2}$$
- No
$$\frac{x - 1}{2} + \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{x - 1} \right)} = \frac{x}{2} - \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{- x - 1} \right)} + \frac{1}{2}$$
- No
es decir, función
no es
par ni impar