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Análisis Matemático 66

2024 GUTIERREZ (ÚNICA)

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ANÁLISIS MATEMÁTICO 66 CBC
CÁTEDRA GUTIERREZ (ÚNICA)

Práctica 7: Estudio de Funciones

9. Pruebe las siguientes desigualdades
a) $\sin x<x$ si $x>0$

Respuesta

Para probar esta desigualdad

$\sin x<x$ si $x>0$

podemos plantear

$\sin(x) - x < 0$

definirnos la función $f(x) = \sin(x) - x$, hacer un estudio completo y ver que siempre es menor a $0$ para $x > 0$
1) Identificamos el dominio de $f(x)$ En este caso no hay ninguna restricción, el dominio de $f$ es todo $\mathbb{R}$. 2) Asíntotas - Asíntotas verticales: Como el dominio es $\mathbb{R}$, esta función no tiene asíntotas verticales. - Asíntotas horizontales: Tomamos los límites cuando $x$ tiende a $\pm \infty$
$\lim_{x \to +\infty} \sin(x) - x = -\infty$ 

$\lim_{x \to -\infty} \sin(x) - x= +\infty$  
3) Calculamos $f'(x)$:

$f'(x) = \cos(x) - 1 $ 4) Igualamos $f'(x)$ a cero para encontrar los puntos críticos:

$\cos(x) - 1 = 0$ 

$\cos(x) = 1$

Bueno, tenemos infinitos puntos críticos, no? Así que se imaginarán que tenemos que pensar una manera más conveniente que ir evaluando el signo de $f'(x)$ en cada intervalo para ver si es positiva o negativa jeje... 

Miremos con atención la expresión de $f'(x)$

$f'(x) = \cos(x) - 1 $

Sabemos que $\cos(x)$ oscila entre $-1$ y $1$. Por lo tanto, justo cuando $\cos(x) = 1$ $f$ va a valer cero y vamos a estar en un máximo o mínimo, pero para cualquier otro $x$, $\cos(x)$ nunca va a valer más que $1$. Entonces... ¿estás viendo que $f'(x)$ va a ser siempre negativa? Por lo tanto, $f$ es monótona decreciente. 

El gráfico es una cosa así:

2024-04-20%2010:38:31_5675939.png

Mirando el gráfico, vemos que efectivamente se cumple que para todo $x > 0$, $\sin(x) - x < 0$. Y con esto probamos lo que nos pedía el enunciado :)
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