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¿Por qué, fundamentalmente, sumar gráficos de senos siempre produce otro gráfico de seno?

Considera si deseas graficar: $$6\cos x\ +\ 3\sin x$$ Esto produce otro gráfico de seno:

ecuación descrita anteriormente

El verde es el nuevo gráfico.

Entiendo la explicación del ángulo auxiliar. Podemos transformar $6\cos x\ +\ 3\sin x$ en la forma $Rcos\left(x\pm\alpha\right)$. Por lo tanto, debe ser una curva coseno.

Pero no entiendo intuitivamente por qué. No veo por qué agregar 2 curvas aleatorias de seno/coseno debe dar otra curva de seno. Puedo apreciar que la salida debe ser repetitiva/regular, pero no veo por qué debe ser una curva de seno en particular.

¡Podría ser cualquier otra cosa! ¡Cualquier otra línea ondulada! ¿Por qué resulta ser una curva de seno?

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Trunk Puntos 49

Toma un caso simple de $ z = \sin{ax} + \sin{bx} $ donde $ a/b $ es racional.

Ambos de estos sinusoides comienzan en $x = 0$ y $\sin{ax} = \sin{bx} = 0$

Ahora habrá algún número entero de ciclos del senoide con el período más corto que será igual a un número entero de senoides de la función con el período más largo.

En este valor de $x$, por ejemplo

$$x_p = N_{1}\frac{2\pi}{a} = N_{2}\frac{2\pi}{b} $$ donde $$N_1, N_2 \in N $$

los dos sinusoides se juntarán de nuevo con $\sin{ax} = \sin{bx} = 0$ de nuevo y al final de sus ciclos.

Después de esto, todo lo que obtenemos de $z$ es una repetición de cómo varía $z$ (y puede ser bastante zigzagueante) entre $x = 0$ y $x = x_p$.

En otras palabras, obtenemos una función periódica.

Ahora, cambiar las amplitudes y las diferencias de fase de los dos sinusoides cambiará la forma y el desplazamiento desde cero de la curva dentro del período de $z$ pero no cambiará su valor de período.

Entonces cualquier par de sinusoides de una sola potencia de la forma

$$ z = A \sin{(ax + a_1)} + B\sin{(bx + b_1)}$$

también tendrán que ser periódicos.

Si haces un simple boceto de $z = \sin{x} + \sin{2x}$ para ilustrar esto, es un poco más claro.

Donde los dos sinusoides tienen el mismo período - como en tu ejemplo dado - el resultado también tendrá este mismo período. La inspección de tu ejemplo muestra que es simétrico ya que el período es el mismo, independientemente del desplazamiento de fase, aquí $\frac{\pi}{2}$.

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