a) Halla los extremos absolutos de f (abscisas donde se obtienen y valores que se alcanzan).b) Determina la ecuación de la recta tangente y de la recta normal a la gráfica de f en el punto de abscisa x=3π.
Extremos absolutosRecta tangenteRecta normal+1
a) Halla los extremos absolutos de f (abscisas donde se obtienen y valores que se alcanzan).
Para hallar los extremos absolutos de la función f(x) en el intervalo cerrado [0,2π], se deben seguir los siguientes pasos:1. Calcular la derivada de la función f′(x).La función es f(x)=2−cosxsen x.Aplicamos la regla del cociente para derivar:
f′(x)=(2−cosx)2(sen x)′(2−cosx)−(sen x)(2−cosx)′
f′(x)=(2−cosx)2cosx(2−cosx)−sen x(sen x)
f′(x)=(2−cosx)22cosx−cos2x−sen2x
Utilizando la identidad trigonométrica sen2x+cos2x=1:
f′(x)=(2−cosx)22cosx−(cos2x+sen2x)
f′(x)=(2−cosx)22cosx−1
2. Encontrar los puntos críticos igualando la derivada a cero, f′(x)=0.
(2−cosx)22cosx−1=0
El denominador (2−cosx)2 nunca es cero, ya que −1≤cosx≤1, lo que implica 1≤2−cosx≤3. Por lo tanto, el denominador es siempre positivo y distinto de cero. Debemos igualar el numerador a cero:
2cosx−1=0
2cosx=1
cosx=21
En el intervalo [0,2π], las soluciones para cosx=21 son:
x=3π
x=35π
3. Evaluar la función f(x) en los puntos críticos y en los extremos del intervalo.Valores en los extremos del intervalo:
4. Comparar los valores obtenidos para determinar los extremos absolutos.Los valores de la función en los puntos relevantes son:
f(0)=0
f(2π)=0
f(3π)=33≈0.577
f(35π)=−33≈−0.577
Por lo tanto:El máximo absoluto se alcanza en x=3π con un valor de f(3π)=33.El mínimo absoluto se alcanza en x=35π con un valor de f(35π)=−33.
b) Determina la ecuación de la recta tangente y de la recta normal a la gráfica de f en el punto de abscisa x=3π.
Para determinar las ecuaciones de la recta tangente y normal, necesitamos un punto (x0,y0) y la pendiente en ese punto.1. Hallar el punto de tangencia (x0,y0).Dado x0=3π.Calculamos y0=f(3π):
y0=f(3π)=33
El punto de tangencia es P(3π,33).2. Hallar la pendiente de la recta tangente (mt) calculando f′(3π).La derivada es f′(x)=(2−cosx)22cosx−1.
mt=f′(3π)=(2−cos(3π))22cos(3π)−1
mt=(2−21)22(21)−1=(23)21−1=490=0
La pendiente de la recta tangente es mt=0.3. Ecuación de la recta tangente.La ecuación de la recta tangente es y−y0=mt(x−x0).
y−33=0(x−3π)
y−33=0
y=33
La recta tangente es horizontal.4. Ecuación de la recta normal.Dado que la recta tangente es horizontal (mt=0), la recta normal es vertical. La pendiente de la recta normal, mn=−mt1, es indefinida.La ecuación de una recta vertical que pasa por x0=3π es x=x0.