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Análisis Matemático 66
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ANÁLISIS MATEMÁTICO 66 UBA XXI
CÁTEDRA CABANA
4.4.
Dadas las siguientes funciones $f$ definidas por $y=f(x)$, indicar imagen, extremos absolutos y relativos en el dominio indicado en cada ítem. Graficar.
f) $f(x)=\cos ^{2}\left(\frac{x}{2}\right), x \epsilon[0,2 \pi]$
f) $f(x)=\cos ^{2}\left(\frac{x}{2}\right), x \epsilon[0,2 \pi]$
Respuesta
Vamos a estudiar la función $f(x)=\cos ^{2}\left(\frac{x}{2}\right), x \epsilon[0,2 \pi]$ siguiendo la estructura que vimos en las clases de $\textbf{Máximos y mínimos absolutos}$.
En este caso, $f$ está definida en un intervalo cerrado y acotado, $[0,2 \pi]$, y es continua en este intervalo. Por lo tanto, por el Teorema de Weierstrass podemos asegurar que $f$ va a alcanzar máximo y mínimo absoluto en este intervalo.
$\textbf{1)}$ Empecemos derivando $f$
\( f'(x) = 2 \cos(\frac{x}{2}) \cdot (-\sin(\frac{x}{2})) \cdot \frac{1}{2} \)
Reacomodamos:
\( f'(x) = -\cos\left(\frac{x}{2}\right) \sin\left(\frac{x}{2}\right) \)
De nuevo, a no desperar. La complejidad de este ejercicio pasa por cómo trabajar con esta ecuación. Te repito lo mismo que en el item anterior, jamás vi que tomaran algo así en un parcial o final de UBA XXI. Te muestro cómo se puede terminar de resolver.
Acá podríamos aplicar la identidad trigonométrica \( \sin(x) = 2 \sin\left(\frac{x}{2}\right) \cos\left(\frac{x}{2}\right) \) para simplificar la derivada y facilitar el despeje después cuando la igualemos a cero. Usando esto, podemos reescribir $f'(x)$ como:
\( f'(x) = -\frac{1}{2} \sin\left(x\right) \)
$\textbf{2)}$ Igualamos $f'$ a cero y despejamos:
$-\frac{1}{2} \sin\left(x\right) = 0$
$ \sin(x) = 0$
En el intervalo $[0,2\pi]$ el seno vale cero en $0$, $\pi$ y $2\pi$. Por lo tanto, estos son nuestro puntos críticos.
$\textbf{3)}$ Evaluamos $f$ en los puntos críticos y en los extremos del intervalo
$f(0) = 1 \rightarrow$ Máximo absoluto
$f(\pi) = 0 \rightarrow$ Mínimo absoluto
$f(2\pi) = 1 \rightarrow$ Máximo absoluto