Cómo encontrar la ecuación del cuarto cuya gráfica toca el eje x en 1, corta el eje y en -1 y pasa por los puntos (-1, -4) y (2,15)

¿Cómo encuentro la ecuación del cuarto cuya gráfica toca el eje x en 1, corta el eje y en -1 y pasa por los puntos (-1, -4) y (2,15)?

Como David Joyce señaló en su comentario, existen métodos para resolver este problema general (como los polinomios de Lagrange). Aquí hay un enfoque directo para este problema en particular. Debido a que esto parece un problema de tarea, dejaré los pasos finales para el OP.

La frase “toca [no cruza] el eje [matemática] x [/ matemática] en 1” nos dice que el cuarto tiene un factor de [matemática] (x-1) [/ matemática] con incluso multiplicidad . De hecho, esa multiplicidad debe ser 2, porque los dos puntos dados están en lados opuestos del eje [matemáticas] x [/ matemáticas], es decir, la función cuártica no puede ser simplemente [matemáticas] f (x) = k (x -1) ^ 4 [/ matemáticas].

Entonces queremos una función [matemática] f (x) = (x-1) ^ 2 (ax ^ 2 + bx + c) [/ matemática]. Como [math] f (0) = – 1 [/ math], vemos que [math] c = -1 [/ math].

También sabemos que:

  • [matemáticas] f (-1) = – 4 \ qquad = 4 (ab-1) [/ matemáticas] y
  • [matemáticas] f (2) = 15 \ qquad = a + b-1 [/ matemáticas]

Resuelve ese sistema para [matemáticas] a [/ matemáticas] y [matemáticas] b [/ matemáticas] y tendrás la respuesta.

[matemáticas] f (x) = ax ^ 4 + bx ^ 3 + cx ^ 2 + dx + e [/ matemáticas]

[matemáticas] f (1) = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] a + b + c + d + e = 0 [/ matemáticas]

“Solo toques” significa que la derivada es cero en ese punto.

[matemáticas] f ‘(x) = 4ax ^ 3 + 3bx ^ 2 + 2cx + d [/ matemáticas]

[matemáticas] f ‘(1) = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] 4a + 3b + 2c + d = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] f (0) = -1 [/ matemáticas]

[matemáticas] -1 = e [/ matemáticas]

[matemáticas] f (-1) = – 4 [/ matemáticas]

[matemáticas] -4 = a – b + c – d + e [/ matemáticas]

[matemáticas] f (2) = 15 [/ matemáticas]

[matemáticas] 15 = 16 a + 8 b + 4 c + 2 d + e [/ matemáticas]

Bien, ahora tenemos cinco ecuaciones lineales en cinco incógnitas. Tenemos que resolverlos. Veamos si podemos hacer la eliminación gaussiana a mano con una tabla:

abcde = k
1 1 1 1 1 0
4 3 2 1 0 0
0 0 0 0 1 -1
1 -1 1 -1 1 -4
16 8 4 2 1 15

1 1 1 1 1 0 E2 ya tiene un 1 en el lugar
0 -1 -2 -3 -4 0 E3-4E2
0 0 0 0 1 -1 E4 OK
0 -2 0 -2 0 -4 E5-E2
0-8-12-14-15 15 E6-16E8

0 1 0 1 0 2 E11 / -2
1 0 1 0 1 -2 E8-E14
0 0 -2 -2 -4 2 E9 + E14
0 0 0 0 1 -1 E10 OK
0 0-12-15-15 31 E12 + 8E14

0 0 1 1 2 -1 E16 / -2
0 1 0 1 0 2 E14 OK
1 0 0 -1 -1 -1 E15-E20
0 0 0 0 1 -1 E17 OK
0 0 0 6 9 19 E18 + 12E20

0 0 0 1 3/2 19/6 E24 / 6
0 0 1 0 1/2 -25/6 E20-E26
0 1 0 0 -3/2 -7/6 E21-E26
1 0 0 0 1/2 13/6 E22 + E26
0 0 0 0 1 -1 E23 OK

0 0 0 0 1 -1 E30 OK
1 0 0 0 0 8/3 E29-E32 / 2
0 1 0 0 0 -8/3 E28 + 3/2 E32
0 0 1 0 0 -11/3 E27 – E32 / 2
0 0 0 1 0 14/3 E26- 3/2 E32

Uf. [matemáticas] a = 8/3, b = -8/3, c = -11/3, d = 14/3, e = -1 [/ matemáticas]

[matemáticas] f (x) = \ dfrac 8 3 x ^ 4 – \ dfrac 8 3 x ^ 3 + \ dfrac {11} {3} x ^ 2 + \ dfrac {14} {3} -1 [/ matemáticas]

Verificación: primero tengo que descansar.