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7. Dada la función f(x)=sen(2x), esboza las gráficas de y=f(x) y de y=f ′(x) en [0, 2π] y comenta la relación que se observa entre el crecimiento/d...

7. Dada la función f(x)=sen(2x), esboza las gráficas de y=f(x) y de y=f ′(x) en [0, 2π] y comenta la relación que se observa entre el crecimiento/decrecimiento de f(x) y el signo de f ′(x). Comenta también la relación entre la convexidad/concavidad de f(x) y el signo de f ′′(x).
Solución: La gráfica de y = sen(2x) en [2, π] se puede dibujar comprimiendo en horizontal por un factor 2 la de y = sen(x) en [0, 4π], que es bien conocida, y la de y = f ′(x) = 2 cos(2x) se dibuja comprimiendo en horizontal y expandiendo en vertical la de y = cos(x). Se observa entonces que se cumple el resultado teórico: f(x) empieza creciendo en (0, π/4), donde f ′(x) es positiva; f(x) decrece luego en (π/4, 3π/4), donde f ′(x) es negativa; vuelve a crecer en (3π/4, 5π/4), donde la derivada vuelve a ser positiva, etcétera. Por otra parte se tiene f ′′(x) = −4 sen(x) = −4f(x), y se confirma el resultado teórico: f(x) empieza siendo cóncava (tangentes por encima) en (0, π/2), justo cuando cuando f ′′(x) es negativa (por ser f(x) positiva); se hace convexa (tangentes por debajo) en (π/2, π), cuando f ′′(x) es positiva, etcétera.


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Matem1 Problemas Resueltos Algebra (Junio 2023) (43)
3 pág.

Álgebra Vetorial e Geometria Analítica ExatasExatas

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A função dada é f(x) = sen(2x). Para esboçar os gráficos de y = f(x) e y = f'(x) no intervalo [0, 2π], podemos usar as propriedades das funções seno e cosseno. A função f(x) = sen(2x) é uma função senoidal com um período de π. Isso significa que a função se repete a cada π unidades no eixo x. No intervalo [0, 2π], temos um período completo da função. Para esboçar o gráfico de y = f(x), podemos começar pelo ponto (0, 0), que é o ponto de partida da função. Em seguida, podemos traçar a curva senoidal, lembrando que a função é comprimida horizontalmente por um fator de 2 em relação à função seno padrão. Para esboçar o gráfico de y = f'(x), que é a derivada da função f(x), podemos usar as propriedades da derivada do seno. A derivada de sen(2x) é f'(x) = 2cos(2x). Podemos traçar a curva da função coseno, comprimida horizontalmente por um fator de 2 em relação à função cosseno padrão. Observando os gráficos de f(x) e f'(x), podemos notar a relação entre o crescimento/decrescimento de f(x) e o sinal de f'(x). Quando f'(x) é positiva, f(x) está crescendo, e quando f'(x) é negativa, f(x) está decrescendo. Essa relação ocorre nos intervalos onde f(x) tem concavidade positiva e negativa, respectivamente. Espero que isso ajude a entender a relação entre os gráficos e as propriedades das funções. Se tiver mais alguma dúvida, é só perguntar!

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