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LibreTexts Español

5.2: La familia de funciones sinusoidales

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

La función coseno son lasx coordenadas del círculo unitario y la función sinusoidal son lasy coordenadas. Dado que el círculo unitario tiene el radio uno y está centrado en el origen, tanto el seno como el coseno oscilan entre el positivo y el negativo.

¿Qué sucede cuando el círculo no está centrado en el origen y no tiene un radio de 1?

Gráficas de Funciones Sinusoidales

La familia de funciones sinusoidales se refiere a ondas sinusoidales o cosenoidales ya que son las mismas excepto por un desplazamiento horizontal. Esta familia de funciones también se llama familia de funciones periódicas porque la función se repite después de un período de tiempo determinado.

Considera una noria que gira uniformemente con un radio de 1 unidad. Comienza en (1,0) o un ángulo de 0 radianes y gira en sentido antihorario a una velocidad de un ciclo por2π minuto (para que puedas usar el tiempo es igual a radianes).

Se eligen los 16 puntos alrededor del círculo porque corresponden a los puntos clave del círculo unitario. Sus alturas(y -valores) y anchuras(x -valores) ya son conocidos y pueden ser rellenados.

Primero considere la altura en cada uno de los puntos a medida que viaja alrededor de la mitad del círculo desde la ubicación inicial. Lleve un registro de su trabajo en una mesa.

\ (
\ begin {array} {|l|l|}
\ hline\ text {Ángulo (radianes)} &\ text {Altura (unidades)}\
\\ hline 0 & 0\
\ hline\ frac {\ pi} {6} &\ frac {1} {2}\
\ hline\ frac {\ pi} {4} &\ frac {\ sqrt {2}} {2}\ aproximadamente 0.707\
\ hline\ frac {\ pi} {3} &\ frac {\ sqrt {3}} {2}\ aprox 0.866\
\ hline\ frac {\ pi} {2} & 1\
\ hline\ frac {2\ pi} {3} &\ frac {\ sqrt {3}} {2}\ approx 0.866\
\ hline\ frac {3\ pi} 4} &\ frac {\ sqrt {2}} {2}\ aproximadamente 0.707\
\ hline\ frac {5\ pi} {6} &\ frac {1 } {2}\\
\ hline\ pi & 0\\
\ hline
\ end {array}
\)

Observe la simetría de la altura alrededorπ2 y vea el resto de la tabla en los ejemplos. Una vez terminada la tabla, se pueden trazar estos puntos en un plano de coordenadas regulares donde elx eje es el ángulo y ely eje es la altura. Esta es la primera parte de la gráfica de la función sinusoidal.

Para terminar la gráfica de la función sinusoidal, terminar la tabla de alturas de los puntos en los cuadrantes III y IV y dibujar un ciclo completo (conocido como periodo) de la función sinusoidal.

\ (
\ begin {array} {|l|l|}
\ hline\ text {Ángulo (rodiones)} &\ texto {Altura (unir)}\
\\ hline\ pi & 0\
\ hline\ frac {7\ pi} {6} & -\ frac {1} {2}\
\ hline\ frac {5\ pi} {4} & -\ frac\ sqrt {2}} {2}\ aprox-0.707\\
\ hline\ frac {4\ pi} {3} & -\ frac {\ sqrt {3}} {2}\ aprox-0.866\
\ hline\ frac {3\ pi} {2} & -1\
\ hline\ frac {5\ pi} {3} & -\ frac {\ sqrt {3}} {2}\ aprox-0.866\
\ hlínea\ frac {7\ pi} {4} & -\ frac {\ sqrt {2}} {2}\ aprox-0.707\
\ hline\ frac {11\ pi} {6} & -\ frac {1} {2}\
\ hline 2\ pi & 0\\
\ hline
\ end {array}
\)

Similar al seno, puedes usar tu conocimiento de los ángulos0,π2,π,3π2,2π en el círculo unitario para obtener un ciclo completo de la gráfica coseno. Mientras que la función seno usa lasx coordenadas -, la función coseno son lasx coordenadas -del círculo unitario y mide el ancho. Al hacer referencia a un círculo unitario o a tu memoria, puedes llenar una tabla mucho más corta que antes.

\ (
\ begin {array} {|l|l|}
\ hline\ text {Ángulo (radianes)} &\ texto {Ancho (unidades)}
\\\ hline 0 & 1
\\ hline\ frac {\ pi} {2} & 0
\\ hline\ pi & -1\
\ hline\ frac {3\ pi} {2} & 0\
\ hline 2\ pi & 1\\
\ hline
\ end {array}
\)

Primero grafica estos cinco puntos y luego conéctelos con una curva suave. Esto producirá la gráfica coseno.

Determinar estos cinco puntos principales es la clave para graficar gráficas de seno o coseno incluso cuando la gráfica está desplazada o estirada.

Ejemplos

Ejemplo 1

Anteriormente, se le preguntó qué sucede cuando el círculo no está centrado en el origen y no tiene un radio de 1. El círculo unitario produce las gráficas de seno y coseno de función padre. Cuando el círculo unitario se desplaza hacia arriba o hacia abajo, se hace más ancho o más estrecho, o se gira más rápido o más lento en cualquier dirección, entonces las gráficas de las funciones seno y coseno se transformarán usando reglas básicas de transformación de funciones.

Ejemplo 2

¿Qué sucede a ambos lados de las gráficas de seno y coseno? ¿Puedes explicar por qué?

Las gráficas de las funciones seno (azul) y coseno (rojo) se repiten para siempre en ambas direcciones.

Si piensas en el ejemplo con la noria, el paseo seguirá dando vueltas y ha estado girando desde siempre. Es por ello que el mismo ciclo de la gráfica se repite una y otra vez.

Ejemplo 3

¿Cómo son iguales los gráficos de seno y coseno y en qué se diferencian?

La gráfica sinusoidal es la misma que la gráfica coseno desplazada porπ2. Además del desplazamiento, ambas curvas son idénticas debido a la perfecta simetría de los círculos.

Ejemplo 4

¿Dónde están dos máximos y dos mínimos de la gráfica sinusoidal?

Un máximo de la gráfica sinusoidal ocurre en(π2,1). Un mínimo ocurre en(3π2,1). Este es un ciclo del gráfico sinoide. ya que completa un ciclo cada2π, vez que se agrega2π a unax - coordenada estarás en el mismo punto del ciclo dándote otro máximo o mínimo. (5π2,1)es otro máximo. (7π2,1)es otro mínimo.

Ejemplo 5

En el intervalo ¿[2π,4π)dónde tiene ceros el coseno?

Observe donde la curva coseno tienex -coordenadas iguales a cero. Tenga en cuenta que4π está excluido del intervalo. Los valores son3π2,π2,π2,3π2,5π2,7π2

Revisar

1. Bocetop(x)=sinx desde la memoria.

2. Bocetoj(x)=cosx desde la memoria.

3. ¿Dónde ocurren los máximos de la gráfica de coseno?

4. ¿Dónde ocurren los mínimos de la gráfica de coseno?

5. Encuentra todos los ceros de la función sinusoidal en el intervalo[π,5π2].

6. Encuentra todos los ceros de la función coseno en el intervalo(π2,7π2].

7. Vista previa: Usando tu conocimiento de las transformaciones de funciones y la gráfica coseno, predice cómof(x)=2cosx será la gráfica de.

8. Vista previa: Usando tu conocimiento de las transformaciones de funciones y la gráfica coseno, predice cómo será la gráficag(x)=cosx+2 de.

9. Vista previa: Usando tu conocimiento de las transformaciones de funciones y la gráfica coseno, predice cómoh(x)=cos(xπ) será la gráfica de.

10. Vista previa: Usando tu conocimiento de las transformaciones de funciones y la gráfica coseno, predice cómok(x)=cosx será la gráfica de.

...


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5.3: Amplitud de funciones sinusoidales