MANUAL DE ACTIVIDADES MATEMÁTICA 1 2020 CARÁTULA MANUAL MATE 1 1 Clase 2: Relaciones y funciones. Función par e impar Actividad 1 Tenemos estas tres imágenes de termómetros que marcan temperatura en grados Centígrados y Fahrenheit. Encuentra, si es posible, una relación entre las temperaturas en ambas escalas Vuelca las lecturas en la siguiente tabla ºC ºF Actividad 2 ¿Cuál es la relación entre el área de un círculo y su radio? Escribe algunos pares de la relación Radio del círculo Área del círculo 2 cm Compilación clases 1 a 8_I 2 16 Π cm² Actividad 3 ¿Cuál es la relación entre el perímetro de un cuadrado y su lado? Escribe algunos pares de la relación Lado del cuadrado Perímetro 2 cm 0,8 cm Concepto de función Llamamos función a una relación de dependencia entre dos conjuntos, A y B: en la que a cada elemento x del conjunto A le corresponde un único elemento y del conjunto B. Para referirnos a una función f, que relaciona dos conjuntos A y B, utilizaremos la notación habitual y=f ( x ) Veamos otra definición Actividad 4 Problema: Considere la relación de números reales y=√ x ; justifica si la relación es función o no. Dominio de una función Son todos los elementos de la variable independiente x a los que les corresponde una imagen y. Ejemplo 1 f ( x )=x 2 +1 Dominio: todos los números reales, ya que a todo número se lo puede cuadrado y sumarle 1. elevar al D f ( x ) ={ x ∕ x ∈ R } Df ( x )=( − ∞;+ ∞ ) Compilación clases 1 a 8_I 3 Ejemplo 2 f ( x )= √ x +1 Para que la imagen de x por la función f sea un número real, es necesario que el radicando sea positivo o cero, es decir, x + 1 ≥ 0. Por tanto, el dominio es: D (x) = [−1, +∞) Restricciones al dominio Las restricciones más comunes son: Los denominadores: Deben ser distintos de cero, ya que no es posible dividir por cero. Las raíces de índice par: el argumento de las raíces de índice par deben ser mayor o igual que cero, ya que no existen las raíces pares de números negativos en el conjunto de los números reales Los logaritmos: el argumento de los logaritmos debe ser mayor a cero. Las funciones trigonométricas: tangente, cotangente, secante y cosecante. Actividad 5 Ejercicios: Problema 123 1) Determinar el dominio de cada una de las siguientes funciones 2) Problema 124 Determinen el dominio de cada una de las funciones en el intervalo real indicado. Compilación clases 1 a 8_I 4 Actividad 6 Determinen el dominio de las siguientes funciones. a) Consideramos todos los cuadrados de lado x menor o igual a 5 metros y denominamos f(x) al perímetro del cuadrado. b) Disponemos de una cuerda de 100 centímetros de longitud y queremos formar con ella un rectángulo. Si uno de los lados del rectángulo mide x, entonces f(x) es la longitud del lado adyacente al lado de longitud x. c) Consideramos todos los rectángulos de 100 cm² de área. Si uno de los lados mide x entonces f(x) es la longitud del lado adyacente al lado de longitud x. d) El triángulo abc verifica que: ab = x + 8; bc = x + 11; ca = x + 14. Entonces f(x) es el perímetro del triángulo abc. Representación de una función Una relación funcional o función se puede expresar de varias formas: mediante una expresión verbal, una expresión algebraica, una tabla de valores o una gráfica. Si un elemento x del conjunto A se corresponde con un elemento y del conjunto B, decimos que y es la imagen de x por la función f, o que x es una preimagen de y. En esta unidad vamos a estudiar los casos en los que tanto A como B son conjuntos de números reales. En este caso, decimos que f es una función real de variable real. Función par Es una función simétrica con respecto al eje y. Una función es par si y sólo si f ( x )=f ( − x ) Ejemplo 1 Sea la función f ( x )=x 2 +1 f ( x )=x 2 +1 ⇒ f ( x )=f (− x ) ⇒ f ( x ) es par f ( − x )= (− x )2+1=x2 +1 } Compilación clases 1 a 8_I 5 Ejemplo 2 Sea la función f ( x )=|x|−1 f ( x )=|x|−1 f ( x )=|x|−1 ⇒ f ( − x )=|− x|−1=|x|+1 f ( x )=f ( − x ) ⇒ f ( x ) es par } Función impar Es una función simétrica con respecto al origen de coordenadas. Condición para que una función sea impar: f ( x )=− f ( − x ) Ejemplo 1 f ( x )=x 5 −3 x 3 f ( x )=x 5 −3 x 3 ⇒ f ( − x )= (− x )5 −3. ( − x )3=− x 5+ 3 x 3 } f ( x )=− f ( − x ) ⇒f ( x ) es impar Ejemplo 2 f ( x )=3 x f ( x )=3 x ⇒ f ( x )=− f ( − x ) f ( − x )=3. ( − x ) =−3 x ⇒ f ( x ) es impar } Actividad 7 Ejercicios 1) Determinen la paridad de cada una de las siguientes funciones. (Problema 130) 2) Supongamos que f y g son funciones pares. Estudia la paridad de a) f + g, b) f . g c) g∘f . 3) ¿Existe alguna función que sea par e impar a la vez? Justifica la respuesta. Compilación clases 1 a 8_I 6 CLASE 3 Actividad 8 Volvamos a estas tres imágenes de termómetros que marcan temperatura en grados Centígrados y Fahrenheit. Vuelca las lecturas en la siguiente tabla ºC ºF Encuentra, si es posible, la ecuación de la recta que coincida con las temperaturas Algunas ecuaciones de la recta: y=m . x +b (pendiente m y ordenada al origen b) y=m . ( x − x 0 ) + y 0 (pendiente m y punto P=( x0 ; y0 ) Pendiente de la recta m= Ecuación segmentaria y 2− y 1 x 2−x 1 m= Δy Δx x y + = 1 donde “a” es la abscisa al origen y “b” es la a b ordenada al origen Compilación clases 1 a 8_I 7 Actividad 9 Este es el gráfico del problema 146 (aproximadamente) Actividad 10 Completar la siguiente tabla Punto P Punto Q (1; 4) (5; -1) (-1; -2) (3;4) (0;0) (5;2) (0;0) (2;-3) Compilación clases 1 a 8_I Pendiente m Ecuación de la recta Ordenada al origen 8 (-5;-5) (-1,1) Actividad 11 Actividad 12 Hallar los conjuntos de positividad; de negatividad y de ceros de las funciones lineales: (Escriba las soluciones con la notación de intervalos ) a) y=2 x − 4 b) y=− 3 x +6 c) 2 x − 4 y=4 Conjunto de positividad de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)>0. Se indica C+ Conjunto de negatividad de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)<0. Se indica CConjunto de ceros de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)=0. Se indica C0 Actividad 13 La siguiente ecuación y=2 x − 4 está asociada a un polinomio ¿cuáles son los coeficientes del polinomio?¿de qué grado es? Un polinomio de indeterminada “x” y coeficientes ai tiene la forma: a0 + a1 x +a 2 x ²+a3 x ³+.....+an x n Los coeficientes son números reales o enteros, etc y las potencias siempre serán números enteros positivos o cero El grado del polinomio está dado por la mayor potencia del polinomio Especializar un polinomio significa reemplazar la indeterminada por un número Cuando el resultado de especializar el polinomio es cero, entonces el número que reemplazamos se llama raíz del polinomio Compilación clases 1 a 8_I 9 Si un polinomio tiene una raíz “a” entonces el polinomio es divisible por x - a Actividad 14 a) Escriba la expresión del perímetro de un cuadrado en función de su lado x b) Haga una representación gráfica del perímetro para distintos valores de longitud del lado c) Describa las características de esta función: ¿es polinómica? ¿de qué grado? ¿puede ser x cualquier número real? Actividad 15 a)Exprese el área de un cuadrado de lado x. b)¿Es el área una función polinómica?¿de qué grado? ¿Puede x ser cualquier número real? c) ¿para qué valor de x el área del cuadrado es de 10 cm²? d) Exprese el área de un círculo de radio r. e)¿Es el área una función polinómica?¿de qué grado? ¿Puede r ser cualquier número real? f) ¿para qué valor de r el área del círculo es de 10 cm²? Actividad 16 De una lámina cuadrada de 50 centímetros de lado se recortan cuadrados en cada esquina de lado x. Se pliegan las caras laterales a 90º y se forma una caja a) Halle un expresión que permita calcular el área de la base de la caja b) Halle un expresión que permita calcular el área de las caras laterales de la caja c) Halle una expresión que permita hallar el área total de la caja d) ¿puede ser x cualquier número real? e) explique si las expresiones anteriores son polinómicas y en caso que lo sean de qué grado f)¿para qué valor de x se alcanza el valor máximo del área total de la caja? Ecuación de segundo grado ax ²+bx +c=0 se resuelve con Discriminante x= −b±√(b ²−4 ac ) se obtienen 2a x 1 ; x 2 se llaman raíces o ceros Δ=b ²−4 ac Si Δ> 0 las raíces son reales y distintas Si Δ< 0 las raíces son números complejos y conjugados Si Δ=0 las raíces son coincidentes (raíz doble) Función cuadrática f : D→ℝ tal que f ( x )=ax ²+bx +c Vértice V =( x v ; y v ) Compilación clases 1 a 8_I x v= −b 2a yv= x1 + x 2 4 ac−b ² también podés usar x v = 4a 2 10 f (x)=a(x−x v ) ²+ y v forma canónica f (x)=a( x−x 1) .( x−x 2 ) forma factoreada Actividad 17 Grafica las funciones siguientes: a) f ( x )=( x −2 ) ²+3 ; b) g ( x ) =−2 x ²+ 3 ; c) h ( x )=− 4 ( x+ 1 ) ² De la guía resolveremos los problemas: 141; 134; 136; 137; 138 Actividad 18 Compilación clases 1 a 8_I 11 Podemos recordar el teorema de Bolzano (matemático nacido en Praga en 1781) Si una función es continua en un intervalo [a;b] tal que f(a).f(b) < 0 (a y b en el intervalo) entonces existe al menos un “c” con a < c < b tal que f(c) = 0 (Teorema de Bolzano) Actividad 19 Halla los conjuntos de positividad; de negatividad y de ceros de las funciones. Escriba los conjuntos en forma de intervalos: a) y=2 x ² − 4 x b) y=− x ²+ 4 c) y=x ²+ 4 Conjunto de positividad de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)>0. Se indica C+ Conjunto de negatividad de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)<0. Se indica CConjunto de ceros de la función: son los valores de x de su dominio tales que f(x)=0. Se indica C0 Compilación clases 1 a 8_I 12 Composición de funciones. Definición f : A→B y g :C→D tal que Imagen g ⊂ Dom f (f ∘ g)( x) = f (g( x)) “se lee g compuesta con f” Imagen f ⊂ Dom g ( g∘ f )(x) = g (f ( x)) “se lee f compuesta con g” Actividad 20 Dadas las funciones f ( x )=2 x − 4 g ( x ) =2 x ² − 4 x y s ( x ) =√ ( 2 x ) ( f ∘ g )( x ) ; b) ( f ∘ s )( x ) ; c) ( g ∘ f )( x ) ; d) ( s ∘ g ) ( x ) Hallar el dominio de: a) ( f ∘ g )( x ) ; b) ( f ∘ s )( x ) ; c) ( g ∘ f )( x ) ; d) ( s ∘ g ) ( x ) Hallar la expresión de: a) Clase 4 Actividad 21 Funciones polinómicas (en general) Veamos algunas funciones polinómicas de grado mayor que dos Tengamos en cuenta el Teorema Fundamental del Álgebra y sus consecuencias Compilación clases 1 a 8_I 13 Actividad 22 Funciones Homográficas Actividad 23 Compilación clases 1 a 8_I 14 Otras funciones racionales Compilación clases 1 a 8_I 15 Clase 5 Función inversa Definiciones: Función biyectiva: Una función es biyectiva si y sólo si es inyectiva y sobreyectiva La función f es inyectiva si y sólo si x 1≠x 2→f (x 1)≠f (x2 ) es decir tomando dos elementos distintos del dominio debemos tener respectivamente dos imágenes distintas La función es sobreyectiva si y sólo si la Imagen de f es igual al conjunto de llegada (codominio de f) Compilación clases 1 a 8_I 16 Función Inversa Sea f una función biyectiva con dominio D e imagen I, la función f ⁽⁻¹⁾ con dominio I e ¹⁾ con dominio I e con dominio I e imagen D tal que f ⁽ ⁻¹ ⁾( y ) = x ⇔ f ( x ) = y Nota: a) En la segunda propiedad, recorrido es la imagen de la función. b) En la tercera propiedad la simetría es una simetría axial respecto a la recta y = x Cálculo algebraico de la función inversa Ejemplo: Compilación clases 1 a 8_I 17 Actividad 24 Actividad 25 3) Verifica si la función f es inversa de g demostrando mediante la composición de funciones 4) ¿Cuál de las siguientes funciones es la inversa de la función f : x → f ( x )=3 x−2 5) Subraya la respuesta correcta. La función inversa de f (x)=x ³+ 4 es: a) f ⁻ ¹( x)=−x ³−4 3 3 b) f ⁻¹( x)= √ x−4 c) f ⁻¹( x)= √ x−4 Compilación clases 1 a 8_I ; 18 Clase 6 Funciones circulares Actividad 26 De la página 50 de la guía anterior resaltamos el siguiente concepto Calcula en radianes los siguientes ángulos sexagesimales: a) 90º; b) 180º; c) 135º; d)225º; e) 270º; f) 360º; g) 30º; h) 25º32’ Calcula en el sistema sexagesimal un ángulo de: i) 1 radian; j) Π radianes 8 Actividad 27 El seno de un ángulo Dibuja una semirrecta desde el origen formando un ángulo de 60º con el eje x. Ubica un punto cualquiera sobre dicha semirrecta. Anota las coordenadas x; y ; la distancia desde el origen hasta el punto (usá el teorema de Pitágoras). Dividí la coordenada y del punto por la distancia desde el origen a dicho punto. Repetí la actividad con otros dos puntos sobre la misma semirrecta. Compilación clases 1 a 8_I 19 ¿Los resultados de las divisiones coinciden? Esos cocientes reciben el nombre de seno de 60º Actividad 28 El coseno de un ángulo Usá la misma semirrecta desde el origen formando un ángulo de 60º con el eje x. Usando los mismos puntos Dividí la coordenada x del punto por la distancia desde el origen a dicho punto. Repetí la actividad con los otros dos puntos sobre la misma semirrecta. ¿Los resultados de las divisiones coinciden? Esos cocientes reciben el nombre de coseno de 60º Actividad 29 Realizá las mismas actividades anteriores pero con puntos en el segundo, tercer y cuarto cuadrantes. Por ejemplo con ángulos de 135º; 210º; 330º. Calculá los senos y cosenos y después verificá los resultados con la calculadora Actividad 30 Con todo lo trabajado hasta ahora sabemos que la relación trigonométrica: seno de un ángulo es la relación entre la ordenada (coordenada y) de un punto y la distancia desde el origen a dicho punto sen (α)= ordenada de P distancia OP En el caso del coseno tendremos y para la tangente: tan (α)= cos (α)= abscisa de P distancia OP ordenada de P abscisa P De acuerdo a las coordenadas de P completa la siguiente tabla Cuadrante de P I Signo del seno Signo del coseno Signo de la tangente 0<α <90 º II 90 º <α< 180 º III 180 º <α< 270º IV 270 º <α< 360º Actividad 31 ¿Cómo se genera la gráfica de la función seno? Ya sabemos calcular el seno de un ángulo usando coordenadas de un punto y la distancia de éste punto al origen pero para hacer más fácil los cálculo ubiquemos P a una distancia Compilación clases 1 a 8_I 20 de 1 unidad del origen de coordenadas así el cociente sen (α)= ordenada de P va a ser distancia OP simplemente el valor de la ordenada del punto. Completa la siguiente tabla α α En radianes 0º 0 sen (α) = ordenada de P 15º 30º π =0,52 6 45º 60º 75º 90º π =1,57 2 A partir de la tabla anterior hacé un gráfico poniendo en el eje x los valores del ángulo en radianes y en el eje y los valores del sen (α) = ordenada de P α Actividad 32 Continuamos completando la siguiente tabla α α En radianes sen (α) = ordenada de P 105º 120º 135º 150º 165º 180º A partir de la tabla anterior continua el gráficode la actividad 6 poniendo en el eje x los valores del ángulo α en radianes y en el eje y los valores del sen (α) = ordenada de P Compilación clases 1 a 8_I 21 Actividad 33 Genera las tablas necesarias hasta completar los 360º y realiza el gráfico. Debería quedar aproximadamente como el gráfico de la página 51 de la guía. Actividad 34 A partir de tablas como las anteriores, generá la función coseno. No olvides que abscisa de P distancia OP cos (α)=abscisa de P cos (α)= y como tomamos por convención la distancia OP = 1 nos quedará Actividad 35 Como desafío extra te proponemos que generes la función tangente. Hay que tener cuidado en aquellos valores donde la abscisa se hace cero. ¿te animás? Compilación clases 1 a 8_I 22 Objetivo: Trabajar con identidades trigonométricas y resolver ecuaciones trigonométricas sencillas para que sea fundamento del análisis matemático de dichas funciones y la optimización de procesos que las utilicen como modelos en Matemática 1 Actividad 36 Retomamos algunas representaciones gráficas de la sinusoide Las funciones representadas arriba son f (x)=sen(x ) y g ( x)=sen (3 x) a) identifica cada una de ellas y justifica tu elección b) ¿Cómo está graduado el eje x?, ¿son ángulos acaso medidos en grados minutos y segundos? c) Indica la amplitud de cada una de ellas y su período. (el período es el valor de x que necesita la función para completar un ciclo, por lo general se refiere a un tiempo aunque aquí no, aquí se refiere a un ángulo. La amplitud es el valor absoluto del número que multiplica a la función) Actividad 37 Completa los parámetros en la siguiente tabla y grafica en Geogebra FUNCIÓN AMPLITUD PERÍODO Imagen de f f (x)=3. sen( x ) f (x)=−2. sen(4 x) 1 f (x)=cos( x ) 2 Compilación clases 1 a 8_I 23 f (x)=2. cos (x) Actividad 38 La corriente eléctrica puede tener una ecuación como la siguiente: f (t)=√ (2) .220. sen (314. t) a) ¿Cuales son las variables?. b) ¿Cuánto vale la amplitud de la sinusoide? c) Representa en Geogebra la función y estime su período. (en este caso no será un ángulo en radianes sino un tiempo en segundos) Actividad 39 Represente gráficamente la función coseno. Busca las similitudes y las diferencias entre la gráfica del seno y del coseno. Identidades trigonométricas Actividad 40 Calcule los valores que se indican en la tabla Ángulo sen 2 (x) cos 2(x ) sen 2 ( x)+cos 2 ( x) 35° Π (radianes) 4 120° Actividad 41 Trace una semirrecta desde el origen y ubique allí un punto cualquiera. Obtenga las coordenadas del punto y la distancia desde el origen al punto. Usando las definiciones de 2 2 seno y coseno calcule sen ( x)+cos ( x) Actividad 42 Exprese las fórmulas que nos permitan calcular el seno de un ángulo si se sabe el valor del coseno. Exprese las fórmulas que nos permitan calcular el coseno de un ángulo si se sabe el valor del seno. Si el seno de un ángulo vale ½, ¿cuánto vale su coseno según las formulas obtenidas? Actividad 43 Demuestre la siguiente identidad 1+tan 2 (x )=sec 2( x) Actividad 44 El seno de la suma de dos ángulos y el seno de la diferencia de dos ángulos Compilación clases 1 a 8_I 24 Si quisieras calcular posible? sen (45 ° ) como la suma del Prueba con la siguiente expresión: sen (15 °) más sen (30 °) ¿sería esto sen (a+ b)=sen(a) . cos(b)+cos (a). sen( b) Además, para la diferencia tenemos la siguiente expresión: sen (a−b)=sen (a). cos (b)−cos (a) . sen(b) , utilízalas para calcular ° sen(90 °−b) ; sen (Π−b) ; sen (360 ° +b) Actividad 45 Actividad 46 Verifica las siguientes identidades trigonométricas: a) sen (x) 1+ cos( x ) = 1−cos( x) sen (x) b) 1 =sen (x).cos ( x ) tg (x )+cotg( x ) c) 1 − cos(x ) = sen( x ). tg( x) cos( x ) d) 1+ tg( x ) tg( x+ Π ) = 4 1−tg( x) ECUACIONES TRIGONOMÉTRICAS Actividad 47 Compilación clases 1 a 8_I 25 Funciones exponenciales Sea f :ℝ→ℝ tal que f ( x )=a x con a> 0 y a≠1 Actividad 48 Plantea y resuelve los siguientes problemas Compilación clases 1 a 8_I 26 Actividad 49 Halla el dominio, las intersecciones con los ejes, las asíntotas (para calcular las asíntotas horizontales trabajar la noción de límite usando tabla de valores cada vez más grandes o cada vez más negativos) , el conjunto de positividad y negatividad de las funciones Haga una representación gráfica aproximada a) f (x)=2 x −1 explicar si esta función crece o decrece b) f (x)=3 x +2 c) 1 x f (x)=( ) −3 explicar si esta función crece o decrece 2 d) Hallar el o los valores de x para los cuales cada una de las funciones anteriores vale 1 Actividad 50 Actividad 51 Compilación clases 1 a 8_I 27 Compilación clases 1 a 8_I 28 Definición: log a (x ) = y ⇔ a y = x con a>0 a≠1 En particular: y = log (x) (se lee logaritmo decimal) “y” es es el valor del exponente al cual la base 10 debe elevarse para obtener el valor “x” Tener en cuenta que: La base del logaritmo debe ser mayor que cero y distinto que 1 (en este caso es 10), el argumento x debe ser mayor que cero Compilación clases 1 a 8_I 29 Actividad 52 Funciones logarítmicas completa la tabla siguiente para log x. (logaritmo decimal). Trata de resolver los logaritmos usando la definición y luego verifica con la calculadora x 100 10³ 10⁶ 0,01 10⁽⁻⁵⁾ log (x) Actividad 53 Completa : b) El logaritmo de un producto de dos números es igual a la ........................de los logaritmos de estos números. Por lo tanto, log 5 (5 . 125) es igual a ..............+............... c) El logaritmo de un cociente de dos números es igual que la ........................de los logaritmos de estos números. Por lo tanto, log 5 (5 : 125) es igual a .............. - ............... d) El logaritmo de un número elevado a una potencia es igual que el valor de la potencia multiplicada 1234 por el logaritmo del número. Por lo tanto, log 5 (5 ) es igual a ...........… Volvemos a las Funciones logarítmicas Actividad 54 Halla el dominio,, las intersecciones con los ejes, las asíntotas (para calcular las asíntotas verticales trabajar la noción de límite usando tabla de valores cada vez más próximos a los valores convenientes), el conjunto de positividad y negatividad y la representa gráficamente las funciones: a) f (x)=log( x−1) explicar si esta función crece o decrece b) f (x)=ln (x ²−1) c) f (x)=log 1 x explicar si esta función crece o decrece ( ) 2 d) Hallar el o los valores de x para los cuales cada una de las funciones anteriores vale 1 Actividad 55 Dadas las funciones f ( x )=ln ( x) g ( x ) =2 x ² − 4 x y s ( x)=x ²+ x−2 Halla la expresión de: a) ( f ∘ g )( x ) ; b) ( f ∘ s )( x ) Halla el dominio de: a) ( f ∘ g )( x ) ; b) ( f ∘ s )( x ) Halla las asíntotas, conjuntos de positividad, de negatividad de a) ( f ∘ g )( x ) ; b) ( f ∘ s )( x ) Compilación clases 1 a 8_I 30 Funciones a trozos Actividad 56 Definición: Valor absoluto de un número real x : |x|= x −x { si x ≥0 si x <0 Propiedades del valor absoluto: 1. |x|≤ a → −a≤x≤a 2. |x|≥ a → x≤−a ∨ x≥ a Compilación clases 1 a 8_I 31 Actividad 57 Representa la función valor absoluto y de positividad f (x)=|x| . Hallar su dominio y los conjuntos de ceros Actividad 58 Representa las funciones con valor absoluto. Hallar: dominio, conjuntos de ceros, de positividad y de negatividad a) f (x)=|x−3| ; b) g( x )=|x +2|−1 ; c) h(x )= −|x−1|+4 Actividad 59 Hacia el concepto de límite Actividad 60 1)Halla el dominio de la siguiente función (no es necesario buscar fórmulas) 2)Estima los valores de: a) lim f ( x ) x→o b) lim f (x ) x→−3 c) lim f ( x ) x→2 Compilación clases 1 a 8_I 32 Algunas indeterminaciones que podemos encontrar al resolver límites son del tipo 0 ∞ ∞ ; ∞ ; ∞−∞ ; 1 ; 0. ∞ 0 Actividad 61 Compilación clases 1 a 8_I 33 Actividad 62 Resuelva el problema 180 Teorema de intercalación Si f, g, h son tres funciones definidas en el mismo conjunto D y se cumple que: 1. lim f ( x )=L ∧ lim h(x)=L x→a 2. x→ a ∀ x :{x ∈D∧x≠a ⇒ f ( x )≤g( x )≤h( x )} entonces. lim g( x)=L x→a Actividad 63 Dos límites especiales: 1. lim x→0 sen ( x) Usando el x Teorema de intercalación sen (x) = 1 Además se puede demostrar que x x→0 sen (2 x) sen ( x−π) a) Calcula lim ; b) lim 3x x−π x→0 x→π lim lim f (x)→0 se puede demostrar que sen (f ( x )) = 1 f ( x) 2. El número e 1 n lim (1+ ) con n n→∞ 3 x +1 2 x ; c) lim ( ) x→∞ 3 x−2 a) Calcula aproximadamente b) Calcula lim (1+ x→∞ Compilación clases 1 a 8_I 1 2x ) 5x n∈ℕ 34 Clase 9 Continuidad en un punto Una función f(x) es continua en x=x 0 si y sólo si lim f ( x )=f (x 0) x→x 0 Esto podría explicarse en los siguientes pasos 1− ∃f ( x 0 ) 2− lim f ( x)=L { 3− x→ x0 f ( x 0)=L Discontinuidades Si no existe el límite L o el límite es infinito la discontinuidad es esencial Si el límite existe y es finito pero no hay imagen en x=x 0 la discontinuidad es evitable Si el límite existe y es finito pero la imagen en x=x 0 es distinta al límite, la discontinuidad es evitable Clase 9_E 35 Actividad 64 Resuelva el problema 191 Actividad 65 Problema 192 Hallar el valor de a para que las siguientes funciones sean continuas en x=2 Asíntotas Asíntota vertical La recta x=x 0 es una asíntota vertical si y sólo si lim f ( x )=∞ x→x 0 Asíntota horizontal La recta y= y 0 es una asíntota horizontal si y sólo si lim f (x )= y 0 x→∞ Asíntota oblicua La recta y=mx +b es una asíntota oblicua si y sólo si lim (f ( x) − (mx+ b))=0 siendo x→∞ f (x) lim =m y lim (f ( x) − (mx ))=b x x→∞ x→∞ Clase 9_E 36 Actividad 66 Actividad 67 Halle las asíntotas de a) f (x)= Clase 9_E 3−2 x 3 1 ; b) f (x)=7− ; c) f (x)=x + 1 2 x−1 x 4 x+ 2 37 Actividad 68 Actividad 69 Actividad 70 Clase 9_E 38 Actividad 70 bis Halla las ecuaciones de las asíntotas y representa gráficamente las funciones racionales Clase 9_E 39 Clase 10 Tasa de variación media Si y=f ( x) ; Δ y = y 2− y 1 ; Δ x=x2 −x1 ; Tasa de variación media = Δy ΔX Interpretación geométrica de la tasa de variación media: es la pendiente de la recta que pasa por los puntos P1=( x1 ; y 1) P2 =(x 2 ; y 2 ) Actividad 70 bis Actividad 71 La posición “y” (en metros) de un objeto depende del tiempo “x” (en segundos) según la ecuación y=10+100 x−5 x ² Halla la velocidad media o tasa de variación media para los siguientes intervalos a) x∈[ 0 ; 10] b) x∈[8 ; 12] ; c) x∈[10 ; 12] ; d) Haga una interpretación geométrica de la actividad anterior Actividad 72 Un globo esférico se infla con un gas. a) Encuentra la razón de cambio media (tasa de variación media) del volumen con respecto al radio cuando el globo cambia su radio de 2 metros a 3 metros y cuando cambia de 2 m a 2,5 m. b) Calcula la variación del volumen cuándo el radio se incrementa en 1 centímetro, c) Calcula la variación del volumen cuándo el radio se incrementa en 1 milímetro Se sugiere la confección de las siguientes tablas para responder al ítem b). Actividad 73 La posición “y” de un objeto depende del tiempo “x” según la ecuación y=10+100 x−5 x ² velocidad media o tasa de variación media para los siguientes intervalos a) x∈[1 ; 2] b) x∈[1 ; 1,5] ; c) x∈[1 ; 1,01] Actividad 74 La posición “y” de un objeto depende del tiempo “x” según la ecuación y=10+100 x−5 x ² velocidad instantánea v =100−10 x para x=1 Compare con los resultados anteriores Clase 10 y 11_D Halla la Halla la 40 Tasa de variación instantánea o derivada y=f ( x) ; Δ y= y 2− y 1 ; Δ y =f (x 2 )−f (x 1) ; Δ x=x 2−x 1 ; Tasade variación instantánea = lim Δ x→0 Actividad 75 La posición “y” de un objeto depende del tiempo “x” según la ecuación y=10+100 x−5 x ² velocidad instantánea mediante el límite. Compare con la expresión v =100−10 x usada anteriormente Δy ΔX Halla la Tasa de variación instantánea o derivada y=f ( x) ; Δ y =f ( x 2 )−f ( x 1) =f (x 1+ Δ x)−f ( x 1 ); Δ x=x 2−x 1 ; Derivada f ' ( x 1)= lim Δ x→0 f (x 1+ Δ x)−f ( x 1 ) ΔX La derivada por definición en x=x 1 f ' (x1 )= lim Δ x→0 f ( x 1+ Δ x)−f (x 1) o equivalente ΔX f ' (x1 )=lim x→ x1 f (x )−f ( x1 ) x−x 1 Actividad 76 Hallar por definición las derivadas de a) f ( x)=c con “c” constante; b) f (x)=m. x +b con “m” y “b” constantes ; c) f (x)=a. x ² con “a” constante; d) f (x)= √ (x) ; e) a) f (x)= 3. x+1 con x−4 “m” y “b” constantes Clase 11 La derivada en x=x 1 existe si y sólo si existen las derivadas laterales y son iguales f ' +(x ) = lim 1 Δ x→0 ⁺ f ( x 1 +Δ x )−f ( x1 ) f ( x1 +Δ x )−f (x 1) =f ' −( x )= lim ΔX ΔX Δ x→0 ⁻ 1 El primer miembro de la igualdad es la derivada lateral por derecha y el segundo miembro es la derivada lateral por la izquierda o se puede expresar de forma equivalente f ' +(x ) = lim 1 x→ x 1⁺ f (x)−f ( x1 ) f (x )−f (x 1) =f ' −( x ) = lim x−x 1 x−x 1 x→ x ⁻ 1 1 Actividad 77 Halla la derivada en x=0 de f (x )= |x| Utiliza las derivadas laterales. Halla la expresión de la función derivada de f (x)= |x| y grafícala Clase 10 y 11_D 41 TABLA DE (algunas) DERIVADAS f(x) df dx = f’(x) c 0 xn n . x n−1 c . xn c . n . x n−1 c . f ( x) c . f ' ( x) √(x ) 1 2. √( x ) sen ( x) cos (x) cos (x) −sen ( x) ln( x ) 1 x log a (x ) 1 . log a (e) x ex ex ax a x . ln (a) f (x)+g(x ) f ' (x)+ g ' (x ) f (x) . g( x ) f ' (x) . g( x )+f (x) . g '( x) f (x) g ( x) f '( x ). g( x )−f ( x) . g '( x) [g ( x)]2 Actividad 78 Usando la tabla de derivadas halla las funciones derivadas Clase 10 y 11_D 42 Derivada de la función compuesta (regla de la cadena) Si la función g es derivable en x = x0 y la función f es derivable en g(x0) entonces la función compuesta f ∘ g es derivable en x = x0 siendo (f ∘ g)' ( x= x )=f ' (g(x 0 )). g ' (x 0) 0 Actividad 79 x x 2x 1 Derivar a) y=3. e +5 b) y= 2. 5 +3 x c) y=e + x ² d) y=2 +5 x ³ e) y=Π x + e−cos( Π) f) 2−x e x + e−x ) j) y=cos ³(x ²) k) g) y=(e x ² + √ 2).(x ³−x ) h) y=ln (2−x ) i) y=ln( y= 2 x +1 2 sen( π ) 1 4 y= l) (cosecante) y=cos ³(2 x)+ sen( √ x ) k) y= sen (2 x+1) sen ( x) −x La función inversa y la derivada Dada una función continua y=f (x) dada en la forma x=g( y ) Δx Δy =1: se puede ver que haciendo el límite cuando Δ x →0 y por ser continua Δy Δx dg df =1 : se cumple que Δ y →0 nos quedará: o sea g '( x )=1: f ' ( x ) dy dx Actividad 80 Hallar las derivadas de: 3 a) f (x)=arc tan(x ) b) f (x)=arcsen ( x) c) f (x)= √ x Actividad 81 Derivada logarítmica: aplicando las propiedades de los logaritmos y teniendo en cuenta que y=f (x) y su derivada es y’, hallar las derivadas siguientes: a) y=x x b) y=x sen (x) c) y=x √( x) Clase 10 y 11_D 43 Clase 12 Derivación implícita Dada la función definida por la siguiente expresión x ⁶−x=2 y ⁶+ y ⁵− y ³ es imposible expresar a y en términos de x. Teniendo en cuenta que y=f (x) podemos escribir x ⁶−x = 2( f (x)) ⁶+( f (x)) ⁵−(f ( x))³ que es válida para valores en el Domino de f. Decimos que la función está definida implícitamente. Para derivarla debemos tener en cuenta la regla de la cadena Dx significa derivada respecto de x D x (x ⁶−x ) = D x (2(f ( x ))⁶ +(f ( x ))⁵−( f (x )) ³) 6 x ⁵−1 = 12( f ( x )) ⁵. f '( x)+5(f ( x))⁴. f ' (x )−3 (f (x ))². f ' (x ) o equivalente 6 x ⁵−1 = 12. y ⁵. y ' +5. y ⁴. y ' −3. y ². y ' 6 x ⁵−1 Despejando y ' (x)= 12 y ⁵+5 y ⁴−3 y ² Actividad Derivar: a) 3 x ⁴ y ²−5 xy ³=2−8 y ecuación de la recta tangente a b) x ³−sen( x . y)+2 y=1 c) x² y² + =1 en el punto 9 4 x² y² + =2 d) Halla la 9 4 P(3 ; 0) El diferencial Clase 12_D implicita 44 Aproximación diferencial. Aproximación lineal dy≃Δ y siempre que Δ x →0 es decir f (x 0+ Δ x)≃f ' (x 0 ). Δ x +f (x 0) Actividad El radio de una placa circular aumentó por efecto de la temperatura de 10 m a 10,1 m, usando diferenciales calcula en forma aproximada el aumento del área. Calcula en forma aproximada el valor del área aumentada y compara con el valor exacta de dicha área Clase 12_D implicita 45 Clase 12_D implicita 46 Clase 13 y 14 Aplicaciones de la derivada: recta tangente, polinomio de Taylor, regla de L’Hôpital. Derivabilidad La recta tangente Ecuaciones de la recta: y=m . x +b (pendiente m y ordenada al origen b) y=m . ( x − x 0 ) + y 0 (pendiente m y punto P=( x0 ; y0 ) La recta tangente a la curva y=f(x) en P=( x0 ; y 0 ) es aquella que pasa por P y tiene como pendiente m=f´(x0 ) Actividad 89 Clase 13 y 14_E 47 Actividad 90 Polinomio de Taylor Un polinomio de indeterminada “x” y coeficientes ai tiene la forma: a0 + a1 x +a 2 x ²+a3 x ³+.....+an x n El grado del polinomio está dado por la mayor potencia del polinomio El Polinomio de Taylor para una función f continua en un intervalo [a;x] y sus “n”derivadas también continuas en dicho intervalo, tiene la forma: P( x)=f ( x 0 )+ f ´ (x 0 ).(x−x 0 )+ 1 1 . f ´ ´ (x 0).(x−x 0)2 +....+ . f n( x 0 ).(x−x0 )n 2! n! Actividad 91 Halla aproximaciones de Taylor (o Taylor Mac Laurin) para las siguientes funciones a) f (x)=sen(x ) en x 0=0 de grado 2 b) f (x)=sen( x ) en x 0=0 de grado 3 c) f (x)=e x en x 0=0 de grado 5 c) f (x)=ln (x 2+1) en x 0=1 de grado 2 Actividad 92 Haga las composiciones ( P∘ g)(x) siendo P los polinomios hallados en la actividad anterior y g( x)=x ⁵ La regla de L´Hôpital Esta regla resuelve únicamente indeterminaciones del tipo cero sobre cero o infinito sobre infinito Clase 13 y 14_E 48 Actividad 93 Derivabilidad Actividad 94 a) Estudiar la derivabilidad de f (x)=| x | en x = 0 b) Representa gráficamente la función f’ Actividad 95 ¿Es f continua en x = 0 ? Clase 13 y 14_E 49 Derivabilidad y continuidad Clase 13 y 14_E 50 Actividad 95 bis Actividad 96 a) Estudia la continuidad y la derivabilidad de f (x)= ( x−1) ² si x≤1 2 x si x>1 b) Halla una expresión de f’ c) Representa gráficamente f { Clase 13 y 14_E 51 Clase 15 Clase 15 Análisis Matemático de funciones 52 Actividad 97 Actividad 98 2 Analizar y graficar las funciones: a) f (x)=e− x b) f (x)= Clase 15 e x +e−x c) f (x)=3. sen(2 x) 2 53 Clase 16 Optimización Actividad 99 Resuelva los siguientes problemas de optimización Clase 16 54 Clase 16 55 Clase 16 56 Clase 17 Antidiferenciación Antiderivación o antidiferencicación Teorema Si F es una antiderivada de f en el intervalo I, entonces cada antiderivada de f en I está dada por la expresión: F(x) + C donde C es una constante arbitraria y todas las antiderivadas de f en I pueden obtenerse dándole valores a C Clase 17 57 Propiedades de la integral indefinida Clase 17 58 Clase 18. Integrales. Actividades iniciales Actividad 100 Verifica las siguientes identidades a) ∫ dx= x+C b) ∫ dt=t +C c) ∫k dx=k ∫ dx=k . x+C d) Actividad 101 Resuelva las siguientes integrales inmediatas 3 a) ∫ (1+ Π)² dx b) ∫ ( x+2) dx c) ∫ (5 x ²+2 x−1)dx d) 5 3 2x x f) ∫ ( +2 π ) dx g) ∫ ( +2 ) dx h) ∫ (1+ 3 x ²)² dx i) √x √x k ∫e dx= k k dx= . x +C ∫ e e x ∫ ( 5 + 2 √ x) dx e) 3 ∫ ( x + 2 √3 x ²)dx ∫ (e+ e x) dx Actividad 102 Te dejamos algunas integrales inmediatas resueltas. Te proponemos que las resuelvas por tu cuenta y compares los resultados Actividad 103 Halla la o las funciones tales que sus derivadas son: a) f ' (x)=2 x−1 b) f ' (x)=x ³−2 x +3 ; f (0)=2 c) f ' (x)=sen( x)−1 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B ; f (1)=0 59 Actividad 104 Resuelva las siguientes integrales a) ∫ (√2+ √ x ) ³ dx e) ∫ 1+ x ² dx x² f) tg ( π ) ∫ x 4⁵ dx k) b) 1 5 ∫ (√ x ³− 3 x ² + x ⁴ ) dx √ ∫ (Sh( x)+Ch( x)) dx g) c) ∫ √ π . e . x ³ dx dx ∫ cos ² (x) d) x h) 1 ∫ (e x −cos ( x)+ x )dx ∫ ( e +e ex 2x ) dx i) ∫ πx . ln (π )dx j) ∫ 5 x 2²+x √ x dx Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 60 Clase 19 Integración por sustitución de variables Actividad 105 Te dejamos algunas integrales resueltas. Te proponemos que las resuelvas por tu cuenta y compares los resultados Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 61 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 62 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 63 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 64 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 65 Actividad 105 bis Resuelva las siguientes integrales. Sustitución de variables 1 x² dx c) ∫ 3 dx d) ∫ (e3 x +5−x ) dx a) ∫ √ 1−2 x dx b) ∫ 3 √ 2−5 x √ 2−x ³ 3 x² dx f) ∫ cos (5 x) dx g) ∫ tg(x) dx h) ∫ cos ²( x) dx i) e) ∫ 4+x ³ 1 1 dx k) ∫ dx j) ∫ 1+ 25 x ² √ 25−x ² 2 ∫ 1−2 x dx Integral por partes ∫u dv = u . v −∫ v du Actividad 106 Resuelva las siguientes integrales. Integración por partes. x x a) ∫ ln ( x) dx b) ∫ x . e dx c) ∫ x ².cos (x) dx d) ∫ (e . cos( x )) dx x x e) ∫ 2 . e dx f) ∫ arctg (x) dx g) ∫ arc sen(x ) dx h) ∫ sen ²( x ) dx 3x i) ∫ (e . cos(2 x)) dx Actividad 107 Resuelva usando métodos adecuados cos(ln ( x )) a) ∫ b) ∫ ln (cos( x)) dx dx x c) ∫ cos (√ 1−2 x) dx Cociente de polinomios. Expansión en fracciones simples Siendo el grado de P(x) menor que el grado de Q(x) y las n raíces simples y reales de Q podemos escribir P( x) A B C N = + + + ...+ Q( x) x −x1 x−x 2 x−x 3 x−x n Si las raíces son múltiples deben aparecer con sus respectivas multiplicidades y en forma decreciente. 1 A B C D E = + + + + Por ejemplo siendo que el MCM del denominador del x ² x x ²( x−2)³ (x−2)³ (x−2)² (x−2) segundo miembro coincide con el denominador del primer miembro Actividad 108 Resuelva las siguientes integrales de funciones racionales dx b) x ³ + x ²+ 2 dx x ³−x a) ∫ x ²−9 e) ∫ ( x−2)(x−1)² dx x ²− x+ 4 ∫ f) c) dx x ⁴−3 ∫ x ³ + x ² dx d) x−1 ∫ x ³−x ²−2 x dx ∫ 1−x ⁴ Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 66 Clase 18 y 19 Integrales sustitucion partes fracciones_B 67 Clase 20 La integral definida. El Teorema Fundamental del Cálculo. Área y Volumen de Revolución. (imágenes del Cálculo de una variable de James Stewart y del Cálculo con geometría Analítica de Louis Leithold) Definición de integral definida. La suma de Riemann. ( Bemhard Riemann 1826-1866) Este teorema nos dice que en el intervalo puede haber discontinuidades de salto finto y así mismo 2 1 la función ser integrable ¿se puede calcular ∫ dx ? −1 x Clase 20_D Integral Definida área y volumen 68 En la propiedad 8 vemos que si la función está acotada entonces la integral se puede acotar entre dos rectángulos Actividad 109 1 Halla un valor aproximado de ∫ e−x ² dx 0 Clase 20_D Integral Definida área y volumen 69 Clase 20_D Integral Definida área y volumen 70 La regla de Barrow Clase 20_D Integral Definida área y volumen 71 En síntesis Actividad 110 Calcula las integrales definidas 2 a) 1 ∫ (5 x ³−2 x) dx b) 1 2 f) ∫π sen(2 x) dx 1 ∫ (1−2 x)⁹ dx d) 0 e g) ∫ ln ( x)dx 1 2 ∫ (5 x ³−2 x) dx e) 2 2 ∫ y ( y ²+1)dy −1 2 h) ∫ x e x dx 0 Teorema Si una función es continua en [a;b] entonces existe b c ∈[a ; b] tal que ∫ f ( x)dx=f (c ).(b−a) a El valor medio es aplicado en el centro de masa y en electricidad Actividad 111 Calcula el valor medio de la función seno de x en el intervalo [0; π ] 2 Clase 20_D Integral Definida área y volumen 72 Área entre dos curvas Clase 20_D Integral Definida área y volumen 73 Actividad 112 Actividad 112 Halla el área encerrada por las curvas mediante integrales definidas. Haga un bosquejo de las curvas previamente. 1 a) y=x ; y =x2 −1 ; b) y=x ; y =x3 ; c) y=x 3 ; y=1 ; x=0 ; 1 2 d) y=x ; y=x−2 ; x=0 e) y=x 2 ; y =x 3 −12 x f) x=−1 ; y =e−x ; y =e x ; x=2 ; g) y=sen(x ) ; x=− π ; x=π ; g) y=tan (x) ; x=−1 ; x=1 2 Volumen de un sólido Sea S un sólido que está entre dos planos perpendiculares al eje x para a≤x≤b . Si la medida del área A(x) de la sección plana S es continua en [a; b] entonces el volumen b V está dado por v =∫ A ( x)dx a Clase 20_D Integral Definida área y volumen 74 Volumen de un sólido de revolución Sea S un sólido que está entre dos planos perpendiculares al eje x para a≤x≤b que se obtiene de rotar f (x)≥0 en [a; b] alrededor del eje x b El volumen V está dado por v =∫ π (f ( x ))2 dx a Actividad 113 Halla el volumen al rotar las siguientes curvas a) y=x 2 ; 0≤x≤2 alrededor del eje x ; b) y=x 2 ; 0< x<2 alrededor del eje y c) y=1+2 x 1≤x ≤3 alrededor del eje x ; d) y=1+2 x 1≤x ≤3 alrededor del eje y e) y=ln ( x) 1≤x ≤e alrededor del eje y Clase 20_D Integral Definida área y volumen 75 La integral definida y el centro de masa Centro de masa 76 Centro de masa 77 Centro de masa 78 Centro de masa 79 CATENARIA e x La función f ( x)=a. Ch( ) se puede escribir f ( x)=a. a Para a = 2 −x 2 e x f ( x)=2. Ch( ) se puede escribir f (x)= 2. 2 Una aproximación polinómica es : Catenaria_1 −x a x + ea 2 x + e2 2 La representación es: 1 g( x)=2+ x ² 4 80 CATENARIA Actividad 1 x Calcular la longitud de una catenaria f ( x)=2. Ch( ) con −3≤x≤3 2 Tengamos en cuenta que Ch² (x)−Sh ²( x )=1 Algunos aportes teóricos Catenaria_1 81 9- BIBLIOGRAFIA Baranenkov, G y otros. Problemas y Ejercicios de Análisis Matemático.Paraninfo 1993 Edminister, Joseph. Teoría y Problemas de Circuitos Eléctricos. McGraw-Hill. Larson, Roland; Hostetler, Robert. Cálculo con Geometría Analítica. McGraw-Hill. Leithold, Louis. El Cálculo com Geometría Analítica. Oxford University Press Marsden. Tromba. Cálculo Vectorial. Addison Wesley. 2004 Murray Spiegel, Teoría y Problemas de Álgebra Superior, Murray Spiegel Rabuffetti., Hebe ntroducción al Análisis Matemático (Cálculo 1) 1987 Sadosky, Manuel; Guber, Rebeca. Elementos de cálculo diferencial e integral. Librería y Editorial Alsina Stewart James, Cálculo. Conceptos y Contextos. Thomson Editores.2001. Sagastume Berra, Fernández.Álgebra y Cálculo Numérico. Kapelusz. Thomas Jr, George B. Cálculo Varias Variables,. Pearson Addison Wesley. 2006. Tipler, Paul A. Física Preuniversitaria. Tomo I. Reverté.2003 Tipler, Paul A. Física Preuniversitaria. Tomo II. Reverté.2003 Halliday Resnick, Física Parte II. C. E. C. S. A. 1979 Wisniewsky, Piotr Problemario de precálculo.Thomson Learning Bibliografía_B 82