a) Calcula los intervalos de concavidad y convexidad de f. Estudia y halla, si existen, los puntos de inflexión de f (abscisas donde se obtienen y valores que se alcanzan).Para estudiar la curvatura y los puntos de inflexión de la función f(x)=arc tg(x+π), calculamos primero su primera y segunda derivada.
f′(x)=1+(x+π)21 f′′(x)=(1+(x+π)2)2−2(x+π) Los posibles puntos de inflexión se encuentran donde la segunda derivada se anula:
f′′(x)=0⟹−2(x+π)=0⟹x=−π Analizamos el signo de f′′(x) en los intervalos definidos por este punto. El denominador (1+(x+π)2)2 es siempre positivo para cualquier valor de x, por lo que el signo depende únicamente del numerador −2(x+π):En el intervalo (−∞,−π), si tomamos un valor como x=−2π, entonces f′′(−2π)=(1+π2)2−2(−π)>0. Por tanto, la función es convexa en (−∞,−π).En el intervalo (−π,+∞), si tomamos un valor como x=0, entonces f′′(0)=(1+π2)2−2π<0. Por tanto, la función es cóncava en (−π,+∞).Como hay un cambio de curvatura en x=−π y la función es continua en dicho punto, existe un punto de inflexión. Calculamos el valor de la función en la abscisa obtenida:
f(−π)=arc tg(−π+π)=arc tg(0)=0 El punto de inflexión se alcanza en la abscisa x=−π y su valor es f(−π)=0.
b) Calcula limx→−πsen(x)arc tg(x+π).Al evaluar el límite directamente, obtenemos una indeterminación del tipo 0/0:
limx→−πsen(x)arc tg(x+π)=sen(−π)arc tg(0)=00 Aplicamos la regla de L'Hôpital derivando numerador y denominador de forma independiente:
limx→−πdxd[sen(x)]dxd[arc tg(x+π)]=limx→−πcos(x)1+(x+π)21 Sustituyendo el valor x=−π en la expresión resultante:
cos(−π)1+(−π+π)21=−11+01=−11=−1