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Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

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Resolvido Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Betoneira de Natal Dom 13 Mar 2022, 14:02

Encontre o valor máximo e mínimo da seguinte expressão: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica. Svg+xml;base64,<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>
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<path id='g1-43' d='M4.770112-2.761644H8.069738C8.237111-2.761644 8.452304-2.761644 8.452304-2.976837C8.452304-3.203985 8.249066-3.203985 8.069738-3.203985H4.770112V-6.503611C4.770112-6.670984 4.770112-6.886177 4.554919-6.886177C4.327771-6.886177 4.327771-6.682939 4.327771-6.503611V-3.203985H1.028144C.860772-3.203985 .645579-3.203985 .645579-2.988792C.645579-2.761644 .848817-2.761644 1.028144-2.761644H4.327771V.537983C4.327771 .705355 4.327771 .920548 4.542964 .920548C4.770112 .920548 4.770112 .71731 4.770112 .537983V-2.761644Z'/>
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<path id='g1-50' d='M5.260274-2.008468H4.99726C4.961395-1.80523 4.865753-1.147696 4.746202-.956413C4.662516-.848817 3.981071-.848817 3.622416-.848817H1.41071C1.733499-1.123786 2.462765-1.888917 2.773599-2.175841C4.590785-3.849564 5.260274-4.471233 5.260274-5.654795C5.260274-7.029639 4.172354-7.950187 2.785554-7.950187S.585803-6.766625 .585803-5.738481C.585803-5.128767 1.111831-5.128767 1.147696-5.128767C1.398755-5.128767 1.709589-5.308095 1.709589-5.69066C1.709589-6.025405 1.482441-6.252553 1.147696-6.252553C1.0401-6.252553 1.016189-6.252553 .980324-6.240598C1.207472-7.053549 1.853051-7.603487 2.630137-7.603487C3.646326-7.603487 4.267995-6.75467 4.267995-5.654795C4.267995-4.638605 3.682192-3.753923 3.000747-2.988792L.585803-.286924V0H4.94944L5.260274-2.008468Z'/>
<path id='g1-53' d='M1.530262-6.850311C2.044334-6.682939 2.462765-6.670984 2.594271-6.670984C3.945205-6.670984 4.805978-7.663263 4.805978-7.830635C4.805978-7.878456 4.782067-7.938232 4.710336-7.938232C4.686426-7.938232 4.662516-7.938232 4.554919-7.890411C3.88543-7.603487 3.311582-7.567621 3.000747-7.567621C2.211706-7.567621 1.649813-7.806725 1.422665-7.902366C1.338979-7.938232 1.315068-7.938232 1.303113-7.938232C1.207472-7.938232 1.207472-7.866501 1.207472-7.675218V-4.124533C1.207472-3.90934 1.207472-3.837609 1.350934-3.837609C1.41071-3.837609 1.422665-3.849564 1.542217-3.993026C1.876961-4.483188 2.438854-4.770112 3.036613-4.770112C3.670237-4.770112 3.981071-4.184309 4.076712-3.981071C4.27995-3.514819 4.291905-2.929016 4.291905-2.47472S4.291905-1.338979 3.957161-.800996C3.694147-.37061 3.227895-.071731 2.701868-.071731C1.912827-.071731 1.135741-.609714 .920548-1.482441C.980324-1.458531 1.052055-1.446575 1.111831-1.446575C1.315068-1.446575 1.637858-1.566127 1.637858-1.972603C1.637858-2.307347 1.41071-2.49863 1.111831-2.49863C.896638-2.49863 .585803-2.391034 .585803-1.924782C.585803-.908593 1.398755 .251059 2.725778 .251059C4.076712 .251059 5.260274-.884682 5.260274-2.402989C5.260274-3.825654 4.303861-5.009215 3.048568-5.009215C2.367123-5.009215 1.841096-4.710336 1.530262-4.375592V-6.850311Z'/>
</defs>
<g id='page1' transform='matrix(1.13 0 0 1.13 -63.986043 -65.5626)'>
<use x='56.413267' y='65.753425' xlink:href='#g1-53'/>
<use x='62.266257' y='65.753425' xlink:href='#g0-115'/>
<use x='67.780263' y='65.753425' xlink:href='#g0-101'/>
<use x='73.205703' y='65.753425' xlink:href='#g0-110'/>
<use x='80.193309' y='65.753425' xlink:href='#g0-120'/>
<use x='89.50206' y='65.753425' xlink:href='#g1-43'/>
<use x='101.263375' y='65.753425' xlink:href='#g1-49'/>
<use x='107.116365' y='65.753425' xlink:href='#g1-50'/>
<use x='112.969355' y='65.753425' xlink:href='#g0-99'/>
<use x='118.007344' y='65.753425' xlink:href='#g0-111'/>
<use x='123.634781' y='65.753425' xlink:href='#g0-115'/>
<use x='129.148787' y='65.753425' xlink:href='#g0-120'/>
</g>
</svg>

Resp.: Máximo: 13
          Mínimo: -13


Como posso fazer essa relação?
No meu gabarito, ele diz a respeito de relacionar o coeficiente q está multiplicando o sen.x e o cos.x como lados de um triângulo pitagórico.
Porém, como posso afirmar que eles são realmente lados de um triângulo pitagórico?


Última edição por Betoneira de Natal em Dom 13 Mar 2022, 18:23, editado 1 vez(es)
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Resolvido Re: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Elcioschin Dom 13 Mar 2022, 14:09

Leia: https://pir2.forumeiros.com/t150465-o-truque-do-triangulo-retangulo

Quaisquer dois valores reais podem ser catetos de um triângulo retângulo!

y = 5.senx + 12.cosx --> a² = 5² + 12² ---> a = 13

Seja cosθ = 5/13 e senθ = 12/13 --->

y = 13.[(5/13).senx + (12/13).cosx]

y = 13.(senx.cosθ + senθ.cosx) ---> y = 13.sen(x + θ)

Valor máximo ---> x + θ = 90º ---> y(máx) = 13
Valor mínimo ---> x + θ = 270º ---> y(mín) = -13
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Resolvido Re: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Giovana Martins Dom 13 Mar 2022, 14:30

Outro jeito:

[latex]\\\mathrm{Desigualdade\ de\ Cauchy-Schwarz:}[/latex]

[latex]\\\\\mathrm{\left ( \alpha _1^2+\alpha _2^2+...+\alpha _n^2 \right )\left ( \beta _1^2+\beta _2^2+...+\beta _n^2 \right )\geq \left ( \alpha _1\beta _1+\alpha _2\beta _2+...+\alpha _n\beta _n \right )^2}[/latex]

[latex]\\\\\mathrm{Para\ o\ nosso\ caso:\ \left ( \alpha _1^2+\alpha _2^2 \right )\left ( \beta _1^2+\beta _2^2 \right )\geq \left ( \alpha _1\beta _1+\alpha _2\beta _2\right )^2}[/latex]

[latex]\\\\ \mathrm{Sendo\ f(x)= 12cos(x)+5sin(x):}[/latex]

[latex]\\\\ \mathrm{\left [ (12)^2+(5)^2 \right ]\left [\underset{1}{ \underbrace{\mathrm{cos^2(x)+sin^2(x)}}} \right ]\geq \left [ 12cos(x)+5sin(x) \right ]^2}[/latex]

[latex]\\\\\mathrm{169\geq \left [ 12cos(x)+5sin(x) \right ]^2\to |12cos(x)+5sin(x)|\leq 13}[/latex]

[latex]\\\\\mathrm{ -13\leq 12cos(x)+5sin(x)\leq 13\to -13\leq f(x)\leq 13}[/latex]

[latex]\\\\\mathrm{\therefore f(x)=\pm 13\to\left\{\begin{matrix}\mathrm{ f_{min}=-13}\\ \mathrm{f_{max}=13} \end{matrix}\right.\ }[/latex]

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Resolvido Re: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Elcioschin Dom 13 Mar 2022, 17:28

Uma terceira solução usando derivadas:

E(x) = 5.senx + 12.cosx ---> Derivando:

E'(x) = 5.cosx + 12.(- senx) ---> E'(x) = 5.cosx - 12.senx

Para termos valores máximos e mínimos devemos ter E'(x) = 0 --->

5.cosx - 12.senx = 0 ---> 5.cosx = 12.senx ---> 25.cos²x = 144.sen²x ---> 25.(1 - sen²x) = 144.sen²x --->

25 = 169.sen²x ---> sen²x = 25/169 --> senx = ± 5/13 ---> cosx = ± 12/13

Basta agora calcular os valores máximo e mínimo.
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Resolvido Re: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Betoneira de Natal Dom 13 Mar 2022, 18:23

Muito obrigado pela ajuda, vou estudar as três formas!

Obrigado Elcio e Gi!
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Resolvido Re: Máx. e Mín. de expressão trigonométrica.

Mensagem por Giovana Martins Dom 13 Mar 2022, 18:28

Uma outra solução a partir da Substituição de Weierstrass.

[latex]\\\mathrm{Seja\ t=tan\left ( \frac{x}{2} \right ),t\in \mathbb{R}.\ Portanto, tem-se:sin\left ( \frac{x}{2} \right )=\frac{t}{\sqrt{1+t^2}}\ e\ cos\left ( \frac{x}{2} \right )=\frac{1}{\sqrt{1+t^2}}}\\\\\mathrm{De\ f(x)=asin(x)+bcos(x)\to f(x)=\frac{at+b}{\sqrt{1+t^2}}\to [f(x)]^2=\frac{a^2t^2+2abt+b^2}{1+t^2}}\\\\\mathrm{a^2t^2+2abt+b^2=[f(x)]^2+[f(x)]^2t^2\to^2\left \{ a^2-[f(x)]^2 \right \}+2abt+b^2-[f(x)]^2=0}\\\\\mathrm{Sendo\ t\in \mathbb{R}\ \therefore \ \Delta \geq 0\leftrightarrow a^2b^2-\left \{ a^2-[f(x)]^2 \right \}\left \{ b^2-[f(x)]^2 \right \}\geq 0\leftrightarrow [f(x)]^2 \left \{ a^2+b^2-[f(x)]^2 \right \}\geq 0}\\\\\mathrm{Logo, [f(x)]^2\geq 0, \forall\ x\in\mathbb{R}. \ Por\ outro\ lado,\left | f(x) \right |\leq \sqrt{a^2+b^2}\to -\sqrt{a^2+b^2}\leq f(x)\leq \sqrt{a^2+b^2}}\\\\\mathrm{Sendo\ a=5\ e\ b=12,tem-se:-\sqrt{(5)^2+(12)^2}\leq f(x)\leq \sqrt{(5)^2+(12)^2}\to -13\leq f(x)\leq 13}[/latex]

Se eu não esqueci de nenhuma restrição ao longo da resolução, creio que assim também seja possível de resolver. Não é uma ideia minha, mas não lembro onde eu vi isso para dar os créditos (tem muito tempo que eu vi isso. Não me lembro bem se é assim mesmo). Eu só lembrei disso, porque o Método da Substituição de Weierstrass é relativamente comum para resolver umas integrais mais chatinhas.

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