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Optimización y propiedades de la derivada
Problema
2021 · Ordinaria · Reserva
2
Examen

Halla a,ba, b y cc sabiendo que la función f:R→Rf : \mathbb{R} \to \mathbb{R} dada por f(x)=a+bsen(x)+csen(2x)f(x) = a + b \text{sen}(x) + c \text{sen}(2x) tiene un punto crítico en el punto de abscisa x=πx = \pi y la recta y=−12x+3y = -\frac{1}{2}x + 3 es normal a la gráfica de ff en el punto de abscisa x=0x = 0.

Punto críticoRecta normalTrigonometría

Primero, hallamos la derivada de la función f(x)f(x):

f(x)=a+bsen(x)+csen(2x)f(x) = a + b \text{sen}(x) + c \text{sen}(2x)
f′(x)=bcos⁡(x)+ccos⁡(2x)⋅2=bcos⁡(x)+2ccos⁡(2x)f'(x) = b \cos(x) + c \cos(2x) \cdot 2 = b \cos(x) + 2c \cos(2x)

La función tiene un punto crítico en x=πx = \pi, lo que significa que f′(π)=0f'(\pi) = 0:

f′(π)=bcos⁡(π)+2ccos⁡(2π)=0f'(\pi) = b \cos(\pi) + 2c \cos(2\pi) = 0
b(−1)+2c(1)=0b(-1) + 2c(1) = 0
−b+2c=0  ⟹  b=2c(1)-b + 2c = 0 \implies b = 2c \quad (1)

La recta y=−12x+3y = -\frac{1}{2}x + 3 es normal a la gráfica de ff en el punto de abscisa x=0x = 0. La pendiente de la recta normal es mN=−12m_N = -\frac{1}{2}. La pendiente de la recta tangente en x=0x = 0 es la recíproca negativa de la pendiente de la normal:

mT=f′(0)=−1mN=−1−1/2=2m_T = f'(0) = -\frac{1}{m_N} = -\frac{1}{-1/2} = 2

Ahora, evaluamos f′(0)f'(0):

f′(0)=bcos⁡(0)+2ccos⁡(0)=2f'(0) = b \cos(0) + 2c \cos(0) = 2
b(1)+2c(1)=2b(1) + 2c(1) = 2
b+2c=2(2)b + 2c = 2 \quad (2)

Tenemos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas bb y cc. Sustituimos (1) en (2):

(2c) + 2c = 2
4c=2  ⟹  c=124c = 2 \implies c = \frac{1}{2}

Ahora, sustituimos el valor de cc en (1) para encontrar bb:

b=2(12)=1b = 2 \left(\frac{1}{2}\right) = 1

Para encontrar aa, utilizamos el hecho de que el punto en x=0x = 0 de la función f(x)f(x) también está en la recta normal. Evaluamos la recta normal en x=0x = 0:

y=−12(0)+3=3y = -\frac{1}{2}(0) + 3 = 3

Por lo tanto, f(0)=3f(0) = 3. Evaluamos f(x)f(x) en x=0x = 0:

f(0)=a+bsen(0)+csen(2⋅0)=3f(0) = a + b \text{sen}(0) + c \text{sen}(2 \cdot 0) = 3
a+b(0)+c(0)=3a + b(0) + c(0) = 3
a=3a = 3

Los valores de las constantes son:

a=3,b=1,c=12a = 3, \quad b = 1, \quad c = \frac{1}{2}