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5.2.3 Write down the minimum value of the function defined by \( y=\frac{\cos ^{4} x+\sin ^{2} x \cdot \cos ^{2} x}{1+\sin x} \)

Ask by Flynn Turnbull. in South Africa
Jan 26,2025

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The minimum value of the function is 0.

Solución

To find the minimum value of the function: \[ y = \frac{\cos^{4} x + \sin^{2} x \cdot \cos^{2} x}{1 + \sin x} \] Let's simplify the expression step by step. ### Step 1: Simplify the Numerator \[ \cos^{4} x + \sin^{2} x \cdot \cos^{2} x = \cos^{2} x (\cos^{2} x + \sin^{2} x) \] Using the Pythagorean identity \(\sin^{2} x + \cos^{2} x = 1\): \[ \cos^{2} x (\cos^{2} x + \sin^{2} x) = \cos^{2} x \cdot 1 = \cos^{2} x \] So, the function simplifies to: \[ y = \frac{\cos^{2} x}{1 + \sin x} \] ### Step 2: Express in Terms of \(\sin x\) Let \( s = \sin x \). Then \(\cos^{2} x = 1 - s^{2}\). Substituting into the function: \[ y = \frac{1 - s^{2}}{1 + s} \] Simplify the fraction: \[ y = \frac{(1 - s)(1 + s)}{1 + s} = 1 - s \quad \text{(for } s \neq -1\text{)} \] ### Step 3: Determine the Range of \( y \) Since \( s = \sin x \) and \( \sin x \) ranges from \(-1\) to \(1\): \[ y = 1 - s \quad \text{where} \quad s \in [-1, 1] \] - **When \( s = 1 \):** \[ y = 1 - 1 = 0 \] - **When \( s = -1 \):** The original function becomes undefined (division by zero). However, approaching \( s = -1 \): \[ \lim_{s \to -1} y = \lim_{s \to -1} \frac{1 - s^{2}}{1 + s} = \lim_{s \to -1} (1 - s) = 2 \] Thus, \( y \) ranges from \( 0 \) to \( 2 \). ### Conclusion The **minimum value** of the function \( y \) is: \[ \boxed{0} \]

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To find the minimum value of the function \[ y = \frac{\cos^4 x + \sin^2 x \cos^2 x}{1 + \sin x}, \] we can start by simplifying the expression in the numerator. We know that \[ \cos^4 x = (\cos^2 x)^2, \] and we can represent \(\sin^2 x\) as \(1 - \cos^2 x\). This substitution gives us: \[ \sin^2 x \cos^2 x = (1 - \cos^2 x) \cos^2 x = \cos^2 x - \cos^4 x. \] Thus, the numerator becomes: \[ \cos^4 x + \sin^2 x \cos^2 x = \cos^4 x + \cos^2 x - \cos^4 x = \cos^2 x. \] Now substituting this back into the function, we have: \[ y = \frac{\cos^2 x}{1 + \sin x}. \] Next, we need to analyze this function. The range of \(\cos^2 x\) is from \(0\) to \(1\). The term \(1 + \sin x\) ranges from \(1\) (when \(\sin x = -1\)) to \(2\) (when \(\sin x = 1\)). Thus, the expression \(\frac{\cos^2 x}{1 + \sin x}\) will vary based on these bounds. To find the minimum value, we should consider critical points and the endpoints. Noticing that \(\sin x\) at its minimum (-1) gives: \[ y = \frac{\cos^2 x}{0}, \] which hints towards undefined behavior at that point. However, values closer to that will still be bound by \(0\). To analyze more carefully, we can explore specific values of \(x\): 1. When \(x = 0\): \[ y = \frac{\cos^2(0)}{1 + \sin(0)} = \frac{1}{1} = 1. \] 2. When \(x = \frac{\pi}{2}\): \[ y = \frac{\cos^2(\frac{\pi}{2})}{1 + \sin(\frac{\pi}{2})} = \frac{0}{2} = 0. \] 3. When \(x = \frac{\pi}{4}\): \[ y = \frac{\cos^2(\frac{\pi}{4})}{1 + \sin(\frac{\pi}{4})} = \frac{\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)^2}{1 + \frac{1}{\sqrt{2}}} = \frac{\frac{1}{2}}{1 + \frac{1}{\sqrt{2}}}. \] By examining values and behavior, it appears the minimum is approached at \(x = \frac{\pi}{2}\), yielding: \[ \text{Minimum value of } y = 0. \] Thus, the minimum value of the function is \[ \boxed{0}. \]

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