Enunciado

Analise as funções trigonométricas f nos intervalos especificados indicando onde f é crescente, decrescente, côncava para cima, côncava para baixo, e as coordenadas x de todos os pontos de inflexão. Verifique se seus resultados estão em conformidade com o gráfico de f gerado por algum recurso computacional.

37. f x = sen ⁡ x + co s ⁡ x 2 ,   - π ,   π

Passo 1

Peguemos o gráfico da função, dentro do intervalo pedido, pra já termos uma melhor ideia dos nossos resultados:

Passo 2

f vai ser crescente entre os pontos de mínimo e os pontos de máximo, nesta ordem, necessariamente. Pra determiná-los, precisamos derivar a função e igualar a derivada a zero.

Temos:

f ' x = 2 sen ⁡ x + cos ⁡ x ∙ ( cos ⁡ x - sen ⁡ x )

f ' x = - 2 sen ⁡ x + cos ⁡ x ∙ ( sen ⁡ x - cos ⁡ x )

f ' x = - 2 sen 2 ⁡ x - cos 2 ⁡ x

Igualando a zero, vamos ter:

- 2 sen 2 ⁡ x - cos 2 ⁡ x = 0

sen 2 ⁡ x - cos 2 ⁡ x = 0

sen 2 ⁡ x = cos 2 ⁡ x

sen ⁡ x = cos ⁡ x

Do ciclo trigonométrico, sabemos que os ângulos que atendem essa relação são o de 45 ° = π 4 e todos os arcos que distem k π desse ângulo.

Como estamos considerando o intervalo - π ,   π , a partir de – π , os ângulos que atendem a essa relação serão:

x = - 3 π 4 , x = - π 4 , x = π 4 e x = 3 π 4

Passo 3

Assim, obserando o gráfico, temos os intervalos em que a função cresce e decresce:

Crescente: - π ,   - 3 π 4 ∪ - π 4 ,   π 4 ∪ 3 π 4 ,   π

Decrescente: - 3 π 4 ,   π 4 ∪ π 4 ,   3 π 4

Passo 4

Pra verificar os intervalos de concavidade voltada pra cima e pra baixo, precisamos dos pontos de inflexão, que se determinam quando igualamos a derivada segunda da função a zero.

Temos:

f ' ' x = - 8 sen ⁡ x cos ⁡ x

Igualando a zero, vamos ter:

- 8 sen ⁡ x cos ⁡ x = 0

sen ⁡ x cos ⁡ x = 0

Temos duas possibilidades:

sen ⁡ x = 0

ou

cos ⁡ x = 0

Resolvendo elas, considerando o intervalo trabalhado, temos respectivamente:

sen ⁡ x = 0

∴ x = - π , x = 0 e x = π

cos ⁡ x = 0

∴ x = - π 2 , e x = π 2

Assim, considerando os pontos e observano atentamente ao gráfico, os intervalos de concavidades serão:

Pra baixo: - π ,   - π 2 ∪ 0 ,   π 2

Pra cima: - π 2 ,   0 ∪ π 2 ,   π

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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