Matemáticas para Finanzas con Aplicaciones Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co Universidad EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 1 / 84 Funciones En el siglo XV II, Gottfried Wilhelm Leibniz, uno de los inventores del cálculo, introdujo el término función en el vocabulario matemático. El concepto de función es uno de los más básico de las matemáticas y es esencial para su estudio. En el contexto de las finanzas y economía las funciones juegan un rol importante representado y describiendo diversos procesos presentes en la realidad. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 2 / 84 Funciones En el siglo XV II, Gottfried Wilhelm Leibniz, uno de los inventores del cálculo, introdujo el término función en el vocabulario matemático. El concepto de función es uno de los más básico de las matemáticas y es esencial para su estudio. En el contexto de las finanzas y economía las funciones juegan un rol importante representado y describiendo diversos procesos presentes en la realidad. En forma breve una función es una relación que expresa como una cantidad (variable de salida) depende de otra cantidad (variable de entrada). Por ejemplo cuando se invierte dinero a alguna tasa de interés dada, el interés I depende del tiempo t. Suponga que que $100.000 gana un interés simple a una tasa del 5 %. Entonces el interés y el tiempo están relacionados por la fórmula I(t) = 100.000(0, 05)t (1) donde I está en pesos y t en años. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 2 / 84 Funciones En el siglo XV II, Gottfried Wilhelm Leibniz, uno de los inventores del cálculo, introdujo el término función en el vocabulario matemático. El concepto de función es uno de los más básico de las matemáticas y es esencial para su estudio. En el contexto de las finanzas y economía las funciones juegan un rol importante representado y describiendo diversos procesos presentes en la realidad. En forma breve una función es una relación que expresa como una cantidad (variable de salida) depende de otra cantidad (variable de entrada). Por ejemplo cuando se invierte dinero a alguna tasa de interés dada, el interés I depende del tiempo t. Suponga que que $100.000 gana un interés simple a una tasa del 5 %. Entonces el interés y el tiempo están relacionados por la fórmula I(t) = 100.000(0, 05)t (1) donde I está en pesos y t en años.De esta manera el interés que se gana en 6 meses sería de I = 100.000(0, 05)( 12 ) = 2.500. Por lo tanto, la relación anterior asigna a la entrada 21 la salida 2500 Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 2 / 84 Funciones Definición 1.1 (Función) Una función f , es una regla que asigna a cada número de entrada exactamente un número de salida. Al conjunto de número de entrada ara los cuales para los cuales la regla es aplicada se le llama el dominio de la función y se denota como D = dom(f ). El conjunto de todos los números de salida se llama el rango y se denota como ran(f ). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 3 / 84 Funciones Definición 1.1 (Función) Una función f , es una regla que asigna a cada número de entrada exactamente un número de salida. Al conjunto de número de entrada ara los cuales para los cuales la regla es aplicada se le llama el dominio de la función y se denota como D = dom(f ). El conjunto de todos los números de salida se llama el rango y se denota como ran(f ). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 3 / 84 Funciones Ejemplo 1.2 Para la función interés dada por (1), el número de entrada t no puede ser negativo, ya que el tiempo negativo no tiene sentido. Así dom(I) = {t ∈ R|t ≥ 0} = [0 + ∞). De igual manera, se puede verificar que ran(I) = [0, ∞) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 4 / 84 Funciones Elementales Definición 1.3 (Función Lineal) Cuando decimos que y es una función lineal de x, queremos decir que la gráfica de la función es una recta, de manera que podemos utilizar la forma pendiente-intersección de y(x) = mx + b donde m es la pendiente de la recta y b es la intersección de la recta con el eje y Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 5 / 84 Funciones Elementales Definición 1.3 (Función Lineal) Cuando decimos que y es una función lineal de x, queremos decir que la gráfica de la función es una recta, de manera que podemos utilizar la forma pendiente-intersección de y(x) = mx + b donde m es la pendiente de la recta y b es la intersección de la recta con el eje y Observación: Un rasgo característico de las funciones lineales es que crecen a una razón constante. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 5 / 84 Funciones Elementales Ejemplo 1.4 A continuación se muestra la gráfica de la línea f (x) = valores 1 x 2 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas + 1 y una tabla con algunos de sus Matemáticas Financieras - EAFIT 6 / 84 Funciones Elementales Ejemplo 1.4 A continuación se muestra la gráfica de la línea f (x) = valores 1 x 2 + 1 y una tabla con algunos de sus Nótese que cuando x aumenta por 1 unidad, el valor de f (x) aumenta 0,5 unidades. Pero cuando x aumenta por 0,5 unidades, el valor de f (x) aumenta 0,25 unidades. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 6 / 84 Funciones Elementales Ejemplo 1.4 A continuación se muestra la gráfica de la línea f (x) = valores 1 x 2 + 1 y una tabla con algunos de sus Nótese que cuando x aumenta por 1 unidad, el valor de f (x) aumenta 0,5 unidades. Pero cuando x aumenta por 0,5 unidades, el valor de f (x) aumenta 0,25 unidades. Podemos decir que la razón de crecimiento de f respecto a x es línea recta dada por f (x) = 21 x + 1 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 1 , 2 la cual es la pendiente de la Matemáticas Financieras - EAFIT 6 / 84 Funciones Elementales Ejemplo 1.5 El departamento de policía de una ciudad pequeña contempla la compra de un auto patrulla adicional. Los analistas de la policía estiman que el costo de la compra de un automóvil totalmente equipado (subcompacto, pero con mucha potencia) es de $18.000 USD. También estiman un costo operativo promedio de 0,40 por milla. Determine la función matemática que representa el costo total C de la posesión y operación del automóvil en términos de las x millas conducidas. ¿Cuáles son los costos totales proyectados si se conduce el automóvil 50.000 millas durante su tiempo de vida? De una interpretación de la pendiente. Encuentre el dominio de C Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 7 / 84 Funciones Elementales Veamos algunas funciones cuyas formas y representaciones son especiales. Función constante: Una función de la forma f (x) = c, en donde c es una constante, se llama función constante. Por ejemplo √ f (x) = 2, g(x) = π, h(x) = 2 son funciones constantes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 8 / 84 Funciones Elementales Veamos algunas funciones cuyas formas y representaciones son especiales. Función constante: Una función de la forma f (x) = c, en donde c es una constante, se llama función constante. Por ejemplo √ f (x) = 2, g(x) = π, h(x) = 2 son funciones constantes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 8 / 84 Funciones Elementales Funciones polinomiales: Una función de la forma f (x) = a0 + a1 x + a2 x2 + · · · + an xn en donde n ∈ N y a0 , a1 , . . . , an son constantes con an 6= 0 se llama función polinomial (en x). El número n se llama el grado del polinomio. Así f (x) = 1 − 2x2 + 5x7 es un polinomio de grado 7. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 9 / 84 Funciones Elementales Funciones polinomiales: Una función de la forma f (x) = a0 + a1 x + a2 x2 + · · · + an xn en donde n ∈ N y a0 , a1 , . . . , an son constantes con an 6= 0 se llama función polinomial (en x). El número n se llama el grado del polinomio. Así f (x) = 1 − 2x2 + 5x7 es un polinomio de grado 7. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 9 / 84 Funciones Elementales Función racional: Una función racional es el cociente de dos polinomios. Es de la forma f (x) = p(x) q(x) en donde p(x) y q(x) son funciones polinomiales. Por ejemplo f (x) = 1+x x + x3 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 10 / 84 Funciones Elementales Función racional: Una función racional es el cociente de dos polinomios. Es de la forma f (x) = p(x) q(x) en donde p(x) y q(x) son funciones polinomiales. Por ejemplo f (x) = 1+x x + x3 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 10 / 84 Funciones Elementales Funciones radicales: Las funciones radicales son aquellas en las que la variable se encuentra bajo el signo radical. Su forma general es p f (x) = n expr(x) en donde expr(x) es alguna función en la variable x. De particular interés son las funciones radicales en donde n = 1. Un ejemplo es la función raíz cuadrada f (x) = √ x Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 11 / 84 Funciones Elementales Funciones radicales: Las funciones radicales son aquellas en las que la variable se encuentra bajo el signo radical. Su forma general es p f (x) = n expr(x) en donde expr(x) es alguna función en la variable x. De particular interés son las funciones radicales en donde n = 1. Un ejemplo es la función raíz cuadrada f (x) = √ x Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 11 / 84 Funciones Elementales Funciones exponenciales: Son aquellas de la forma f (x) = ax con a > 0 y a 6= 1. El número a se llama base. Las siguientes funciones son exponenciales f (x) = 2x , g(x) = 2 1 , h(x) = ex 2 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 12 / 84 Funciones Elementales Funciones exponenciales: Son aquellas de la forma f (x) = ax con a > 0 y a 6= 1. El número a se llama base. Las siguientes funciones son exponenciales f (x) = 2x , g(x) = 2 1 , h(x) = ex 2 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 12 / 84 Funciones Elementales Funciones logarítmicas: Se definen las funciones logarítmicas como las funciones que tienen la forma f (x) = loga (x) con a > 0 y a 6= 1. El número a se llama base de logaritmo. Las siguientes funciones son algunos ejemplos de funciones logarítmicas f (x) = log2 (x), g(x) = log 1 (x), h(x) = ln(x) 2 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 13 / 84 Funciones Elementales Funciones logarítmicas: Se definen las funciones logarítmicas como las funciones que tienen la forma f (x) = loga (x) con a > 0 y a 6= 1. El número a se llama base de logaritmo. Las siguientes funciones son algunos ejemplos de funciones logarítmicas f (x) = log2 (x), g(x) = log 1 (x), h(x) = ln(x) 2 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 13 / 84 Funciones Elementales Funciones logarítmicas: Se definen las funciones logarítmicas como las funciones que tienen la forma f (x) = loga (x) con a > 0 y a 6= 1. El número a se llama base de logaritmo. Las siguientes funciones son algunos ejemplos de funciones logarítmicas f (x) = log2 (x), g(x) = log 1 (x), h(x) = ln(x) 2 Observación: Cuando la base del logaritmo es igual al número de Euler, e, la función logarítmica resultante se conoce como logaritmo natural y se denota por ln. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 13 / 84 Funciones elementales Ejemplo 1.6 (Costos) Supongamos que Puritron, un fabricante de filtros de agua, tiene un costo fijo mensual de $10.000 y un costo variable de −0,0001x2 + 10x donde (0 ≤ x ≤ 40000) dólares, donde x denota el número de filtros producidos por mes. Encuentre una función C que da el costo mensual de Puritron en la producción de x filtros. Ejemplo 1.7 (Demanda) Usted es propietario de un edificio de apartamentos que tiene 60 departamentos, pudiendo rentar todos los departamentos si cobra una renta de $180 mensuales. A una renta mayor, algunos de los departamentos permanecerán vacíos; en promedio, por cada incremento de $5 en la renta, 1 departamento quedará vacante sin posibilidad de rentarlo. Encuentre una función de demanda D que da el número de apartamentos que se van a rentar en funci ón del precio de renta de cada apartamento. Encuentre una expresión que permita encontrar la renta que se debe cobrar por cada departamento para obtener un ingreso total de $11475. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 14 / 84 Preferencias Ejemplo 1.8 (Restricción presupuestaria) Suponga que la los ingresos de un consumidor es I = $100 semanales y que éste la gasta toda en una combinación de alimentos (en kilos) y vivienda (en m2 ). Suponga, además, que los precios de la vivienda y de los alimentos son PV = $5 el metro cuadrado PA = $l0 el kilo, respectivamente. Encuentre la restricción presupuestaria del consumidor. Note que si V y A representan las cantidades de vivienda y de alimentos, respectivamente, la restricción presupuestaria debe satisfacer la ecuación 5V + 10A = 100, que establece simplemente que el gasto semanal del consumidor en alojamiento (5V ) más su gasto semanal en alimentos (10A) debe ser igual a sus ingresos semanales (100). Si solucionamos la anterior 5 − 10 V = 10 − 12 V ecuación para A, se obtiene A = 100 10 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 15 / 84 Preferencias Ejemplo 1.8 (Restricción presupuestaria) Suponga que la los ingresos de un consumidor es I = $100 semanales y que éste la gasta toda en una combinación de alimentos (en kilos) y vivienda (en m2 ). Suponga, además, que los precios de la vivienda y de los alimentos son PV = $5 el metro cuadrado PA = $l0 el kilo, respectivamente. Encuentre la restricción presupuestaria del consumidor. Note que si V y A representan las cantidades de vivienda y de alimentos, respectivamente, la restricción presupuestaria debe satisfacer la ecuación 5V + 10A = 100, que establece simplemente que el gasto semanal del consumidor en alojamiento (5V ) más su gasto semanal en alimentos (10A) debe ser igual a sus ingresos semanales (100). Si solucionamos la anterior 5 − 10 V = 10 − 12 V ecuación para A, se obtiene A = 100 10 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 15 / 84 Preferencias Ejemplo 1.8 (Restricción presupuestaria) Suponga que la los ingresos de un consumidor es I = $100 semanales y que éste la gasta toda en una combinación de alimentos (en kilos) y vivienda (en m2 ). Suponga, además, que los precios de la vivienda y de los alimentos son PV = $5 el metro cuadrado PA = $l0 el kilo, respectivamente. Encuentre la restricción presupuestaria del consumidor. Note que si V y A representan las cantidades de vivienda y de alimentos, respectivamente, la restricción presupuestaria debe satisfacer la ecuación 5V + 10A = 100, que establece simplemente que el gasto semanal del consumidor en alojamiento (5V ) más su gasto semanal en alimentos (10A) debe ser igual a sus ingresos semanales (100). Si solucionamos la anterior 5 − 10 V = 10 − 12 V ecuación para A, se obtiene A = 100 10 V Utilizando el concepto de costo de oportunidad, la pendiente (− P = − 12 ) puede ser PA interpretada de la siguiente manera: el costo de oportunidad de de un metro adicional de vivienda es igual a 12 kilo de alimentos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 15 / 84 Preferencias Observación: Nótese que además de poder comprar cualquiera de las cestas que se encuentran en su restricción presupuestaria (la línea recta en la gráfica anterior), el consumidor también puede comprar cualquier cesta que se encuentre dentro del triángulo presupuestario delimitado por ésta y por los dos ejes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 16 / 84 Preferencias Observación: Nótese que además de poder comprar cualquiera de las cestas que se encuentran en su restricción presupuestaria (la línea recta en la gráfica anterior), el consumidor también puede comprar cualquier cesta que se encuentre dentro del triángulo presupuestario delimitado por ésta y por los dos ejes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 16 / 84 Preferencias Observación: Nótese que además de poder comprar cualquiera de las cestas que se encuentran en su restricción presupuestaria (la línea recta en la gráfica anterior), el consumidor también puede comprar cualquier cesta que se encuentre dentro del triángulo presupuestario delimitado por ésta y por los dos ejes. D es una de esas cestas. La cesta D cuesta $65 a la semana, cantidad que es muy inferior a la renta del consumidor de $100 semanales. Las cestas que se encuentran en el borde o dentro del triángulo presupuestario también se denominan conjunto viable o asequible. Se dice que las cestas, como la E, que se encuentran fuera del triángulo presupuestario son inviables o inasequibles. E está fuera del alcance del consumidor, ya que cuesta $140 a la semana. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 16 / 84 Preferencias Las preferencias: Una ordenación de las preferencias es un sistema que permite al consumidor ordenar el conjunto X de las diferentes cestas de bienes viables en función de su atractivo o de sus preferencias. Esto requiere establecer algún tipo de orden entre todos las cestas posibles o viables del consumidor. Esta ordenación se lleva a cabo comparando todos los planes de consumo dos a dos. En otras palabras debemos introducir una relación binaria en X. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 17 / 84 Preferencias Las preferencias: Una ordenación de las preferencias es un sistema que permite al consumidor ordenar el conjunto X de las diferentes cestas de bienes viables en función de su atractivo o de sus preferencias. Esto requiere establecer algún tipo de orden entre todos las cestas posibles o viables del consumidor. Esta ordenación se lleva a cabo comparando todos los planes de consumo dos a dos. En otras palabras debemos introducir una relación binaria en X. Ejemplo 1.9 Suponga una economía formada por 2 bienes: vivienda y alimentos. Consideremos dos cestas, la A y la B. En la cesta A encontramos 4m2 semanales de vivienda y 2kg semanales de alimentos, en la B, 3m2 semanales de alojamiento y 3kg semanales de alimentos. ¿Qué cesta es preferible sobre la otra? Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 17 / 84 Preferencias Las preferencias: Una ordenación de las preferencias es un sistema que permite al consumidor ordenar el conjunto X de las diferentes cestas de bienes viables en función de su atractivo o de sus preferencias. Esto requiere establecer algún tipo de orden entre todos las cestas posibles o viables del consumidor. Esta ordenación se lleva a cabo comparando todos los planes de consumo dos a dos. En otras palabras debemos introducir una relación binaria en X. Ejemplo 1.9 Suponga una economía formada por 2 bienes: vivienda y alimentos. Consideremos dos cestas, la A y la B. En la cesta A encontramos 4m2 semanales de vivienda y 2kg semanales de alimentos, en la B, 3m2 semanales de alojamiento y 3kg semanales de alimentos. ¿Qué cesta es preferible sobre la otra? Siguiendo con el ejemplo anterior, en general, puede decirse que dadas dos cestas cualesquiera, el consumidor puede hacer una de las tres siguientes afirmaciones: 1 A B. A es al menos tan preferido como B. 2 B A. B es al menos tan preferido como A 3 A ∼ B. Prefiere por igual la A y la B. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 17 / 84 Preferencias Las preferencias: En general, la ordenación de las preferencias suele variar mucho de un consumidor a otro. Sin embargo, a pesar de estas diferencias, la mayoría de las ordenaciones de las preferencias tienen en común algunos rasgos importantes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 18 / 84 Preferencias Las preferencias: En general, la ordenación de las preferencias suele variar mucho de un consumidor a otro. Sin embargo, a pesar de estas diferencias, la mayoría de las ordenaciones de las preferencias tienen en común algunos rasgos importantes. Teorema 1.10 (Propiedades de las preferencias) Las preferencias satisfacen las tres propiedades siguientes: 1 Completitud: Una ordenación de las preferencias es completa si permite al consumidor ordenar todas las combinaciones posibles de bienes y servicios. Otra forma de ver este propiedad es la siguiente: ∀x, y ∈ X, o bien x y, o bien y x o ambos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 18 / 84 Preferencias Las preferencias: En general, la ordenación de las preferencias suele variar mucho de un consumidor a otro. Sin embargo, a pesar de estas diferencias, la mayoría de las ordenaciones de las preferencias tienen en común algunos rasgos importantes. Teorema 1.10 (Propiedades de las preferencias) Las preferencias satisfacen las tres propiedades siguientes: 1 Completitud: Una ordenación de las preferencias es completa si permite al consumidor ordenar todas las combinaciones posibles de bienes y servicios. Otra forma de ver este propiedad es la siguiente: ∀x, y ∈ X, o bien x y, o bien y x o ambos. 2 Reflexividad: ∀x ∈ X, x x. Este supuesto es trivial. Dice que cualquier elemento del conjunto X es al menos tan preferido como si mismo. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 18 / 84 Preferencias Las preferencias: En general, la ordenación de las preferencias suele variar mucho de un consumidor a otro. Sin embargo, a pesar de estas diferencias, la mayoría de las ordenaciones de las preferencias tienen en común algunos rasgos importantes. Teorema 1.10 (Propiedades de las preferencias) Las preferencias satisfacen las tres propiedades siguientes: 1 Completitud: Una ordenación de las preferencias es completa si permite al consumidor ordenar todas las combinaciones posibles de bienes y servicios. Otra forma de ver este propiedad es la siguiente: ∀x, y ∈ X, o bien x y, o bien y x o ambos. 2 Reflexividad: ∀x ∈ X, x x. Este supuesto es trivial. Dice que cualquier elemento del conjunto X es al menos tan preferido como si mismo. 3 Transitividad: ∀x, y, z ∈ X, si x y y y z, entonces x z. Este supuesto de transitividad evita relaciones de preferencia circulares, postulando así la coherencia del proceso de decisión del consumidor. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 18 / 84 Preferencias Las preferencias: En general, la ordenación de las preferencias suele variar mucho de un consumidor a otro. Sin embargo, a pesar de estas diferencias, la mayoría de las ordenaciones de las preferencias tienen en común algunos rasgos importantes. Teorema 1.10 (Propiedades de las preferencias) Las preferencias satisfacen las tres propiedades siguientes: 1 Completitud: Una ordenación de las preferencias es completa si permite al consumidor ordenar todas las combinaciones posibles de bienes y servicios. Otra forma de ver este propiedad es la siguiente: ∀x, y ∈ X, o bien x y, o bien y x o ambos. 2 Reflexividad: ∀x ∈ X, x x. Este supuesto es trivial. Dice que cualquier elemento del conjunto X es al menos tan preferido como si mismo. 3 Transitividad: ∀x, y, z ∈ X, si x y y y z, entonces x z. Este supuesto de transitividad evita relaciones de preferencia circulares, postulando así la coherencia del proceso de decisión del consumidor. 4 Cuanto más, mejor: Esta propiedad significa simplemente que, manteniéndose todo lo demás constante, se prefiere una mayor cantidad de un bien a una menor. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 18 / 84 Preferencias Observaciones: Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 19 / 84 Preferencias Observaciones: Una relación binaria que satisfaga las propiedades de completitud, reflexividad y transitividad se denomina un preorden completo. Por lo tanto, la relación binaria es el preorden completo de preferencias del consumidor. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 19 / 84 Preferencias Observaciones: Una relación binaria que satisfaga las propiedades de completitud, reflexividad y transitividad se denomina un preorden completo. Por lo tanto, la relación binaria es el preorden completo de preferencias del consumidor. No todas las relaciones comparativas son transitivas. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 19 / 84 Preferencias Observaciones: Una relación binaria que satisfaga las propiedades de completitud, reflexividad y transitividad se denomina un preorden completo. Por lo tanto, la relación binaria es el preorden completo de preferencias del consumidor. No todas las relaciones comparativas son transitivas.Por ejemplo, la relación entre las derrotas en el fútbol no lo es, puede pasar en que algunas temporadas, Atletico Nacional derrote a América de Cali y América de Cali derrote al Medellín, pero esto no quiere decir que Atletico Nacional derrotará necesariamente a Medellín. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 19 / 84 Preferencias Observaciones: Una relación binaria que satisfaga las propiedades de completitud, reflexividad y transitividad se denomina un preorden completo. Por lo tanto, la relación binaria es el preorden completo de preferencias del consumidor. No todas las relaciones comparativas son transitivas.Por ejemplo, la relación entre las derrotas en el fútbol no lo es, puede pasar en que algunas temporadas, Atletico Nacional derrote a América de Cali y América de Cali derrote al Medellín, pero esto no quiere decir que Atletico Nacional derrotará necesariamente a Medellín. Respecto a la propiedad ’cuanto más, mejor’, naturalmente se puede imaginar ejemplos en los que una mayor cantidad de una cosa empeora nuestra situación en lugar de mejorarla (es el caso de una persona que haya comido demasiado). Pero en estos casos normalmente hay algún tipo de dificultad práctica, por ejemplo, un problema de autocontrol o de incapacidad para guardar un bien y utilizarlo en el futuro. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 19 / 84 Preferencias Ejemplo 1.11 (El orden lexicográfico) Un ejemplo de orden lexicográfico es el utilizado para ordenar las palabras en un diccionario. Sea X el conjunto de todas las palabras. Un elemento x ∈ X es un vector de letras que definen una palabra. Dada la ordenación de las letras del alfabeto, decimos que una palabra tiene preferencia en el diccionario, i.e. se coloca antes en el diccionario, dadas dos palabras, si la primera letra de la primera palabra se encuentra antes en el alfabeto que la primera letra de la segunda palabra. Si la primera letra de ambas palabras es la misma, comparamos la segunda letra. Si esta también coincide, consideramos la tercera letra, y así sucesivamente. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 20 / 84 Preferencias Ejemplo 1.11 (El orden lexicográfico) Un ejemplo de orden lexicográfico es el utilizado para ordenar las palabras en un diccionario. Sea X el conjunto de todas las palabras. Un elemento x ∈ X es un vector de letras que definen una palabra. Dada la ordenación de las letras del alfabeto, decimos que una palabra tiene preferencia en el diccionario, i.e. se coloca antes en el diccionario, dadas dos palabras, si la primera letra de la primera palabra se encuentra antes en el alfabeto que la primera letra de la segunda palabra. Si la primera letra de ambas palabras es la misma, comparamos la segunda letra. Si esta también coincide, consideramos la tercera letra, y así sucesivamente. Siguiendo con el ejemplo de una economía formada por dos bienes: vivienda y alimentos, y antes de tener en cuenta la restricción presupuestaria, el conjunto de todas las cestas posibles estaría dado por X = R2+ , el orden lexicográfico dadas dos cestas x = (v1 , a1 ) y y = (v2 , a2 ) lo representamos como ( v1 > v2 , o bien x y si v1 = v2 y a1 > a2 Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 20 / 84 Preferencias Ejemplo 1.12 (El orden de la suma) Consideremos el conjunto Rn en el que un punto es un vector n-dimensional del Ptipo P n x = (x1 , x2 , . . . , xm ). Definimos el orden x y con el significado n i=1 yi . Se i=1 xi ≥ puede probar que esta relación es completa, reflexiva y transitiva. Su interpretación es “x esta al menos al mismo nivel de y si la suma de los componentes de x no es inferior a la suma de los componentes de y”. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 21 / 84 Curvas de indiferencia Uno de los beneficios de las propiedades de las preferencias es que nos permite describir gráficamente las preferencias del consumidor. Sigamos con el supuesto de un economía formada por dos bienes: vivienda y alimentos. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 22 / 84 Curvas de indiferencia Uno de los beneficios de las propiedades de las preferencias es que nos permite describir gráficamente las preferencias del consumidor. Sigamos con el supuesto de un economía formada por dos bienes: vivienda y alimentos. Consideremos primero la cesta A que tiene 12 metros cuadrados semanales de vivienda y 10 kilos semanales de alimentos. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 22 / 84 Curvas de indiferencia El supuesto según el cual “cuanto más, mejor” nos indica que todas las cestas situadas al noreste de la A se prefieren a ésta y que ésta se prefiere, a su vez, a todas las situadas al sudoeste. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 23 / 84 Curvas de indiferencia Así, por ejemplo, este supuesto nos dice que Z, que tiene 28m2 semanales de alojamiento y 12kg semanales de alimentos, se prefiere a A y que A se prefiere a W, que tiene solamente 6m2 semanales de alojamiento y 4kg semanales de alimentos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 24 / 84 Curvas de indiferencia Consideremos ahora el conjunto de cestas que se encuentran en la línea que une W y Z. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 25 / 84 Curvas de indiferencia Como se prefiere la cesta Z a la A y la A a la W, quiere decir que a medida que nos movamos de Z a W, nos encontraremos con una cesta que se preferirá igual que la A. Sea B la cesta que se prefiere igual que la A y que contiene 17m2 semanales de vivienda y 8kg semanales de alimentos Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 26 / 84 Curvas de indiferencia Como se prefiere la cesta Z a la A y la A a la W, quiere decir que a medida que nos movamos de Z a W, nos encontraremos con una cesta que se preferirá igual que la A. Sea B la cesta que se prefiere igual que la A y que contiene 17m2 semanales de vivienda y 8kg semanales de alimentos Observación: Las cantidades exactas de cada bien que haya en B dependerán, por supuesto, del consumidor específico a cuyas preferencias estemos refiriéndonos El supuesto según el cual “cuanto más, mejor” nos dice también que en la línea recta que conecta los puntos W y Z sólo habrá una cesta que reúna esas características. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 26 / 84 Curvas de indiferencia Siguiendo el mismo procedimiento, podemos hallar otro punto, llamémosle C, que se prefiera igual que el B. En este caso, C representa la cesta que contiene 20m2 semanales de vivienda y 7kg semanales de alimentos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 27 / 84 Curvas de indiferencia Podemos repetir este proceso tantas veces como queramos; al final obtendremos una curva de indiferencia, es decir, un conjunto de cestas que se prefieren igual que la original, A, y que, por lo tanto, se prefieren por igual. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 28 / 84 Curvas de indiferencia La propiedad de la completitud de las preferencias implica que hay una curva de indiferencia que pasa por todas las cestas posibles. Por lo tanto, las preferencias de un consumidor pueden representarse por medio de un mapa de curvas de indiferencia Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 29 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 30 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) 1 Dada la propiedad de “cuanto más, mejor”, entre más lejos esté la curva de indiferencia del origen será más preferida. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 30 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) 1 Dada la propiedad de “cuanto más, mejor”, entre más lejos esté la curva de indiferencia del origen será más preferida. 2 Las curvas de indiferencia son ubicuas. Cualquier cesta tiene una curva de indiferencia que pasa por ella. Esta propiedad se deduce de la propiedad de la completitud de las preferencias. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 30 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) 1 Dada la propiedad de “cuanto más, mejor”, entre más lejos esté la curva de indiferencia del origen será más preferida. 2 Las curvas de indiferencia son ubicuas. Cualquier cesta tiene una curva de indiferencia que pasa por ella. Esta propiedad se deduce de la propiedad de la completitud de las preferencias. 3 Las curvas de indiferencia tienen pendiente negativa. Una curva de indiferencia de pendiente positiva violaría la propiedad de “cuanto más, mejor” al afirmar que una cesta que tiene una cantidad mayor de ambos bienes es equivalente a una cesta que tiene una cantidad menor de ambos bienes. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 30 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) 1 Dada la propiedad de “cuanto más, mejor”, entre más lejos esté la curva de indiferencia del origen será más preferida. 2 Las curvas de indiferencia son ubicuas. Cualquier cesta tiene una curva de indiferencia que pasa por ella. Esta propiedad se deduce de la propiedad de la completitud de las preferencias. 3 Las curvas de indiferencia tienen pendiente negativa. Una curva de indiferencia de pendiente positiva violaría la propiedad de “cuanto más, mejor” al afirmar que una cesta que tiene una cantidad mayor de ambos bienes es equivalente a una cesta que tiene una cantidad menor de ambos bienes. 4 Las curvas de indiferencia (del mismo mapa de curvas de indiferencia) no pueden cortarse. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 30 / 84 Curvas de indiferencia Teorema 1.13 (Propiedades de las curvas de indiferencia) 1 Dada la propiedad de “cuanto más, mejor”, entre más lejos esté la curva de indiferencia del origen será más preferida. 2 Las curvas de indiferencia son ubicuas. Cualquier cesta tiene una curva de indiferencia que pasa por ella. Esta propiedad se deduce de la propiedad de la completitud de las preferencias. 3 Las curvas de indiferencia tienen pendiente negativa. Una curva de indiferencia de pendiente positiva violaría la propiedad de “cuanto más, mejor” al afirmar que una cesta que tiene una cantidad mayor de ambos bienes es equivalente a una cesta que tiene una cantidad menor de ambos bienes. 4 Las curvas de indiferencia (del mismo mapa de curvas de indiferencia) no pueden cortarse. 5 Cada curva de indiferencia tiene un valor de la utilidad que le proporciona al consumidor, la más lejana del origen tienen el valor de utilidad mayor. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 30 / 84 Curvas de indiferencia ¿Por qué no se cortan dos curvas de indiferencia? Supongamos que dos curvas de indiferencia se cortan, de hecho, como en la siguiente figura. Concluya por qué no se puede dar la anterior situación. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 31 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Las preferencias de un consumidor nos ofrecen una propiedad importante que es la relación a la que está dispuesto a intercambiar un bien por otro. Esta propiedad está representada en cualquier punto de una curva de indiferencia por la relación marginal de sustitución (RMS), que es el valor absoluto que tiene la pendiente de la curva de indiferencia en ese punto. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 32 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Las preferencias de un consumidor nos ofrecen una propiedad importante que es la relación a la que está dispuesto a intercambiar un bien por otro. Esta propiedad está representada en cualquier punto de una curva de indiferencia por la relación marginal de sustitución (RMS), que es el valor absoluto que tiene la pendiente de la curva de indiferencia en ese punto. por ejemplo, la RMS correspondiente al punto A viene dada por el valor absoluto de la ∆AA pendiente de la tangente a la curva de indiferencia en A, que es el cociente ∆A , que se V interpreta como la cantidad de alimentos que debe recibir el consumidor para compensarlo por la pérdida de 1 unidad de vivienda y así quedar disfrutando exactamente del mismo nivel de bienestar que antes de esta sustitución. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 32 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Las preferencias de un consumidor nos ofrecen una propiedad importante que es la relación a la que está dispuesto a intercambiar un bien por otro. Esta propiedad está representada en cualquier punto de una curva de indiferencia por la relación marginal de sustitución (RMS), que es el valor absoluto que tiene la pendiente de la curva de indiferencia en ese punto. por ejemplo, la RMS correspondiente al punto A viene dada por el valor absoluto de la ∆AA pendiente de la tangente a la curva de indiferencia en A, que es el cociente ∆A , que se V interpreta como la cantidad de alimentos que debe recibir el consumidor para compensarlo por la pérdida de 1 unidad de vivienda y así quedar disfrutando exactamente del mismo nivel de bienestar que antes de esta sustitución. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 32 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Las preferencias de un consumidor nos ofrecen una propiedad importante que es la relación a la que está dispuesto a intercambiar un bien por otro. Esta propiedad está representada en cualquier punto de una curva de indiferencia por la relación marginal de sustitución (RMS), que es el valor absoluto que tiene la pendiente de la curva de indiferencia en ese punto. por ejemplo, la RMS correspondiente al punto A viene dada por el valor absoluto de la ∆AA pendiente de la tangente a la curva de indiferencia en A, que es el cociente ∆A , que se V interpreta como la cantidad de alimentos que debe recibir el consumidor para compensarlo por la pérdida de 1 unidad de vivienda y así quedar disfrutando exactamente del mismo nivel de bienestar que antes de esta sustitución. Si la RMS correspondiente al punto A es 2, significa que el consumidor debe recibir 2 kilos semanales de alimentos para compensarlo por la perdida de 1 metro cuadrado semanal de alojamiento. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 32 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Observación: Mientras que la pendiente de la restricción presupuestaria nos indica la relación a la que podemos sustituir vivienda por alimentos sin modificar el gasto total, la RMS nos indica la relación a la que podemos sustituir vivienda por alimentos sin alterar la satisfacción total. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 33 / 84 Relación Marginal de Sustitución (RMS) Observación: Mientras que la pendiente de la restricción presupuestaria nos indica la relación a la que podemos sustituir vivienda por alimentos sin modificar el gasto total, la RMS nos indica la relación a la que podemos sustituir vivienda por alimentos sin alterar la satisfacción total. En otras palabras, la pendiente de la restricción presupuestaria es el coste marginal de la vivienda en función de los alimentos, mientras que la RMS es el beneficio marginal de la vivienda en función de los alimentos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 33 / 84 Funciones de utilidad Definición 1.14 (Función de utilidad) Una función de utilidad u, es un instrumento para asignar un número a todas las cestas de consumo posibles de tal forma que las que se prefieren tengan un número más alto que las que no se prefieren. Es decir, la cesta (v1 , a1 ) se prefiere a la (v2 , a2 ) si y sólo si la utilidad de la primera es mayor que la utilidad de la segunda; en símbolos: (v1 , a1 ) (v2 , a2 ) ⇐⇒ u(v1 , a1 ) ≥ u(v2 , a2 ) . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 34 / 84 Funciones de utilidad Definición 1.14 (Función de utilidad) Una función de utilidad u, es un instrumento para asignar un número a todas las cestas de consumo posibles de tal forma que las que se prefieren tengan un número más alto que las que no se prefieren. Es decir, la cesta (v1 , a1 ) se prefiere a la (v2 , a2 ) si y sólo si la utilidad de la primera es mayor que la utilidad de la segunda; en símbolos: (v1 , a1 ) (v2 , a2 ) ⇐⇒ u(v1 , a1 ) ≥ u(v2 , a2 ) . Observación: En la anterior definición, la función de utilidad u esta en función de más de una variables. Por lo que surge la necesidad de tener claro el concepto de funciones en varias variables. Adicionalmente a lo largo de la discusión sobre preferencias del consumidor, se ha mencionado un concepto de vital importancia en las matemáticas, el de razón de cambio de una variable respecto a otra, el cual nos lleva a la definición de derivada. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 34 / 84 Concepto de Límite Motivación: Consideremos la función f (x) = x2 − x + 2, nos interesa saber cuales son los valores que toma f a medida que x se aproxima a 2. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 35 / 84 Concepto de Límite Motivación: Consideremos la función f (x) = x2 − x + 2, nos interesa saber cuales son los valores que toma f a medida que x se aproxima a 2. La siguiente figura ilustra está situación. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 35 / 84 Concepto de Límite Nótese que los valores de f (x) se aproximan cada vez más a 4 a medida que x esta más cerca de 2, pero sin ser igual a 2. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 36 / 84 Concepto de Límite Nótese que los valores de f (x) se aproximan cada vez más a 4 a medida que x esta más cerca de 2, pero sin ser igual a 2.Lo anterior se suele denotar como lı́m (x2 − x + 2) = 4 x→2 y se dice que el límite de x2 − x + 2 cuando x tiende a 2, es igual a 4. Es decir, podemos acercar arbitrariamente los valores de x2 − x + 2 a 4 (tanto como desee) escogiendo una x lo bastante cercana a 2, pero no igual a 2. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 36 / 84 Concepto de Límite Nótese que los valores de f (x) se aproximan cada vez más a 4 a medida que x esta más cerca de 2, pero sin ser igual a 2.Lo anterior se suele denotar como lı́m (x2 − x + 2) = 4 x→2 y se dice que el límite de x2 − x + 2 cuando x tiende a 2, es igual a 4. Es decir, podemos acercar arbitrariamente los valores de x2 − x + 2 a 4 (tanto como desee) escogiendo una x lo bastante cercana a 2, pero no igual a 2. A continuación vamos a ver una definición formal de límite de una función Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 36 / 84 Concepto de Límite Definición 1.15 (Límite de una función) Sea f una función definida en algún intervalo abierto que contiene el número a, excepto posiblemente en a misma. Entonces decimos que el límite de f (x) cuando x tiende a a es L, que se denota como lı́m f (x) = L x→a (2) si para todo número > 0 existe un número δ > 0 tal que si 0 < |x − a| < δ entonces |f (x) − L| < Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 37 / 84 Concepto de Límite Definición 1.15 (Límite de una función) Sea f una función definida en algún intervalo abierto que contiene el número a, excepto posiblemente en a misma. Entonces decimos que el límite de f (x) cuando x tiende a a es L, que se denota como lı́m f (x) = L x→a (2) si para todo número > 0 existe un número δ > 0 tal que si 0 < |x − a| < δ entonces |f (x) − L| < Ejemplo 1.16 Demuestre que lı́m (4x − 5) = 7 x→3 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 37 / 84 Concepto de Límite Teorema 1.17 (Propiedades de los límites) Suponga que c es una constante y que los siguientes límites existen lı́m f (x) y lı́m g(x). x→a x→a Entonces 1 lı́mx→a [f (x) ± g(x)] = lı́mx→a f (x) ± lı́mx→a g(x) 2 lı́mx→a [cf (x)] = c lı́mx→a f (x) 3 lı́mx→a [f (x)g(x)] = lı́mx→a f (x) lı́mx→a g(x) 4 Si lı́mx→a g(x) 6= 0, lı́mx→a f (x) g(x) = lı́mx→a f (x) lı́mx→a g(x) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 38 / 84 Límites Laterales La siguiente figura muestra la gráfica de una función f . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 39 / 84 Límites Laterales Nótese que f (x) no está definida cuando x = 0. Cuando x tiende a 0 por la derecha f (x) se aproxima a 1. Esto se escribe como lı́m f (x) = 1 x→0+ Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 40 / 84 Límites Laterales Nótese que f (x) no está definida cuando x = 0. Cuando x tiende a 0 por la derecha f (x) se aproxima a 1. Esto se escribe como lı́m f (x) = 1 x→0+ Por otro lado, cuando x tiene a 0 por la izquierda f (x) se aproxima a -1. Esto se escrbie como lı́m f (x) = −1 x→0− Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 40 / 84 Límites Laterales Nótese que f (x) no está definida cuando x = 0. Cuando x tiende a 0 por la derecha f (x) se aproxima a 1. Esto se escribe como lı́m f (x) = 1 x→0+ Por otro lado, cuando x tiene a 0 por la izquierda f (x) se aproxima a -1. Esto se escrbie como lı́m f (x) = −1 x→0− Los límites como estos se conocen como límites laterales. De la definición de límite (1.15) se sabe que el límite cuando x → a es independiente de la manera en que x se aproxima a a. Por tanto, el límite existe si y solo si, ambos límites laterales existen y son iguales. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 40 / 84 Límites Laterales Definición 1.18 (Límites laterales) Escriba lı́m f (x) = L x→a− y se lee el límite izquierdo de f (x) cuando x tiende a a o el límite de f (x) cuando x se acerca a a por la izquierda es igual a L, si puede aproximar los valores de f (x) a L tanto como quiera, escogiendo una x lo bastante cerca de a pero menor que a. De manera análoga, si requiere que x sea mayor que a, obtiene: el límite de f (x) por la derecha cuando x se aproxima a a es igual a L y se escribe como lı́m f (x) = L x→a+ Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 41 / 84 Límites Laterales Definición 1.18 (Límites laterales) Escriba lı́m f (x) = L x→a− y se lee el límite izquierdo de f (x) cuando x tiende a a o el límite de f (x) cuando x se acerca a a por la izquierda es igual a L, si puede aproximar los valores de f (x) a L tanto como quiera, escogiendo una x lo bastante cerca de a pero menor que a. De manera análoga, si requiere que x sea mayor que a, obtiene: el límite de f (x) por la derecha cuando x se aproxima a a es igual a L y se escribe como lı́m f (x) = L x→a+ Teorema 1.19 lı́m f (x) = L si y solo si x→a lı́m f (x) = L y x→a+ Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas lı́m f (x) = L x→a− Matemáticas Financieras - EAFIT 41 / 84 Límites Laterales Ejemplo 1.20 En la figura se muestra la gráfica de una función f . Úsela para dar los valores (si existen) de los límites siguientes: 1 lı́mx→2− f (x) 3 lı́mx→2 f (x) 5 lı́mx→5+ f (x) 2 lı́mx→2+ f (x) 4 lı́mx→5− f (x) 6 lı́mx→5 f (x) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 42 / 84 Límites al Infinito Ahora consideremos la función f (x) = 1 x cuando x se vuelve arbitrariamente grande, tanto en sentido positivo como sentido negativo. x 1000 10000 100000 1000000 f(x) 0,001 0,0001 0,00001 0,000001 x -1000 -10000 -100000 -1000000 f(x) -0,001 -0,0001 -0,00001 -0,000001 De la tabla anterior podemos ver que cuando x aumenta sin cota tomando valores positivos, los valores de f (x) se aproximan a 0. De igual manera, cuando x disminuye sin cota tomando valores negativos, los valores de f (x) se aproximan a 0. Estas observaciones son claras al ver la gráfica de f (x) = x1 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 43 / 84 Límites al Infinito Cuando uno se mueve a la derecha sobre la curva tomando valores positivos de x, los correspondientes valores de y se aproximan a 0. Sucede lo mismo cuando uno se mueve a la izquierda a lo largo de la curva tomando valores negativos de x. En forma simbólica se escribe: lı́m x→∞ 1 = 0; x lı́m x→−∞ 1 =0 x . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 44 / 84 Límites al Infinito Cuando uno se mueve a la derecha sobre la curva tomando valores positivos de x, los correspondientes valores de y se aproximan a 0. Sucede lo mismo cuando uno se mueve a la izquierda a lo largo de la curva tomando valores negativos de x. En forma simbólica se escribe: lı́m x→∞ 1 = 0; x lı́m x→−∞ 1 =0 x . Estos límites se conocen como límites al infinito Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 44 / 84 Límites al Infinito Ejemplo 1.21 (Interés Capitalizable Continuamente) Suponga que un capital de V P pesos se invierte durante t años a una tasa anual r. Si el interés se capitaliza k veces en un año, entonces la tasa por período de capitalización es kr y hay kt períodos de de capitalización. Anteriormente se dijo que el valor futuro al final de los t años esta dado por r kt VF =VP 1+ . k Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 45 / 84 Límites al Infinito Ejemplo 1.21 (Interés Capitalizable Continuamente) Suponga que un capital de V P pesos se invierte durante t años a una tasa anual r. Si el interés se capitaliza k veces en un año, entonces la tasa por período de capitalización es kr y hay kt períodos de de capitalización. Anteriormente se dijo que el valor futuro al final de los t años esta dado por r kt VF =VP 1+ . k Si el número de períodos de capitalización en un año tiende a ∞ se dice que el interés se capitaliza continuamente, es decir, en cada instante. De esta manera, el valor futuro estaría dado por r kt V F = lı́m V P 1 + k→∞ k lo cual puede escribirse como VF =VP lı́m k→∞ 1+ r kr k Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas rt . Matemáticas Financieras - EAFIT 45 / 84 Límites al Infinito Ejemplo 1.22 (Interés Compuesto - continuación) Haciendo x = r , k entonces cuando k → ∞, se tiene que x → 0 y 1 x 1 x = k . r Por lo tanto, el límite dentro de los corchetes tiene la forma lı́mx→0 (1 + x) , el cual es igual al número de Euler e (ver ...). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 46 / 84 Límites al Infinito Ejemplo 1.22 (Interés Compuesto - continuación) Haciendo x = r , k entonces cuando k → ∞, se tiene que x → 0 y 1 x 1 x = k . r Por lo tanto, el límite dentro de los corchetes tiene la forma lı́mx→0 (1 + x) , el cual es igual al número de Euler e (ver ...). Por tanto se tiene la siguiente fórmula La fórmula V F = V P ert proporciona el monto acumulado V F (valor futuro) de un capital de V P pesos después de t años, a una tasa de interés anual r compuesta de manera continua. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 46 / 84 Límites al Infinito Ejemplo 1.22 (Interés Compuesto - continuación) Haciendo x = r , k entonces cuando k → ∞, se tiene que x → 0 y 1 x 1 x = k . r Por lo tanto, el límite dentro de los corchetes tiene la forma lı́mx→0 (1 + x) , el cual es igual al número de Euler e (ver ...). Por tanto se tiene la siguiente fórmula La fórmula V F = V P ert proporciona el monto acumulado V F (valor futuro) de un capital de V P pesos después de t años, a una tasa de interés anual r compuesta de manera continua. En particular, si se invierten $100 a una tasa anual de 5 % anual capitalizado continuamente, el monto acumulado al final de 1 año es V F = 100e(0,05)(1) ≈ $105, 13. Al final de 5 años es V F = 100e(0,05)(5) ≈ $128, 40. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 46 / 84 Continuidad Muchas funciones tiene la propiedad de que no hay “cortes” en sus gráficas. Por ejemplo, considere las funciones x si x 6= 1 f (x) = x, g(x) = 2 si x = 1 Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 47 / 84 Continuidad Muchas funciones tiene la propiedad de que no hay “cortes” en sus gráficas. Por ejemplo, considere las funciones x si x 6= 1 f (x) = x, g(x) = 2 si x = 1 Cuando x = 1 la gráfica de f no se corta, pero la de g sí tiene un corte. Viéndolo de otra manera, si se tuviera que trazar ambas gráficas con un lápiz, se tendría que levantar el lápiz de la gráfica de g, cuando x = 1, pero no se tendría que levantar de la de f . Esto se pude formalizar por medio de límites. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 47 / 84 Continuidad Definición 1.23 (Continuidad) Una función f es continua en un número a si lı́m f (x) = f (a) x→a Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 48 / 84 Continuidad Definición 1.23 (Continuidad) Una función f es continua en un número a si lı́m f (x) = f (a) x→a Observación: Note que la anterior definición requiere implícitamente que: 1 f debe estar de definido en a, es decir que a ∈ Dom(f ) Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 48 / 84 Continuidad Definición 1.23 (Continuidad) Una función f es continua en un número a si lı́m f (x) = f (a) x→a Observación: Note que la anterior definición requiere implícitamente que: 1 f debe estar de definido en a, es decir que a ∈ Dom(f ) 2 lı́mx→a f (x) existe Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 48 / 84 Continuidad Definición 1.23 (Continuidad) Una función f es continua en un número a si lı́m f (x) = f (a) x→a Observación: Note que la anterior definición requiere implícitamente que: 1 f debe estar de definido en a, es decir que a ∈ Dom(f ) 2 lı́mx→a f (x) existe Observación: Decimos que f es discontinua en a, o f tiene una discontinuidad en a, si f no es continua en a. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 48 / 84 Continuidad Ejemplo 1.24 En la siguiente figura se muestra la gráfica de una función f . Determine en que números es discontinua f . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 49 / 84 Continuidad Teorema 1.25 Si f y g son funciones continuas en a y c es una constante, entonces las funciones siguientes también son continuas en a: f ±g cf fg f g si g(a) 6= 0 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 50 / 84 Continuidad Teorema 1.25 Si f y g son funciones continuas en a y c es una constante, entonces las funciones siguientes también son continuas en a: f ±g cf fg f g si g(a) 6= 0 Teorema 1.26 Los siguientes tipos de funciones son continuas en todo número de sus dominios: Funciones polinomiales Funciones racionales Funciones raíz Funciones exponenciales Funciones logarítmicas Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 50 / 84 Continuidad Ejemplo 1.27 En dónde es continua la función f (x) = ln(x) x2 − 1 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 51 / 84 Derivada y Razón de Cambio Si una curva C tiene la ecuación y = f (x). Se desea hallar la recta tangente a C en el punto P = (a, f (a)). Empecemos por considerar un punto cercano a P , Q = (x, f (x)), donde x 6= a, y calcule la pendiente de la recta secante P Q: mP Q = f (x) − f (a) x−a Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 52 / 84 Derivada y Razón de Cambio Después, podemos acercar Q a P a lo largo de la curva C, haciendo que x tienda a a. Si mP Q tiende a un número m, entonces definimos la tangente t como la recta que pasa por P con pendiente m. Esto equivale a decir que la recta tangente es la posición límite de la recta secante P Q cuando Q tiene a P Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 53 / 84 Derivada y Razón de Cambio Definición 1.28 (Recta tangente) La recta tangente a la curva y = f (x) en el punto P = (a, f (a)) es la recta que pasa por P con pendiente m = lı́m x→a f (x) − f (a) x−a siempre que este límite exista. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 54 / 84 Derivada y Razón de Cambio Definición 1.28 (Recta tangente) La recta tangente a la curva y = f (x) en el punto P = (a, f (a)) es la recta que pasa por P con pendiente m = lı́m x→a f (x) − f (a) x−a siempre que este límite exista. Definición 1.29 (Derivada) La derivada de una función f en un número x = a, denotada por f 0 (a), es f 0 (a) = lı́m h→0 f (a + h) − f (a) h siempre que este límite exista. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 54 / 84 Derivada y Razón de Cambio Definición 1.28 (Recta tangente) La recta tangente a la curva y = f (x) en el punto P = (a, f (a)) es la recta que pasa por P con pendiente m = lı́m x→a f (x) − f (a) x−a siempre que este límite exista. Definición 1.29 (Derivada) La derivada de una función f en un número x = a, denotada por f 0 (a), es f 0 (a) = lı́m h→0 f (a + h) − f (a) h siempre que este límite exista. Observación: Si usa la notación tradicional y = f (x) para indicar que la variable independiente es x y la dependiente es y, en tal caso algunas otras notaciones comunes para la derivada son: f 0 (x) = y 0 = dy df d = = f (x) = Df (x) = Dx f (x) dx dx dx Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 54 / 84 Derivada y Razón de Cambio Ejemplo 1.30 Encuentre la derivada de la función f (x) = x2 − 8x + 9 en el número x = a. Además halle la ecuación de la recta tangente a f (x) = x2 − 8x + 9 en (3, −6). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 55 / 84 Derivada y Razón de Cambio Ejemplo 1.30 Encuentre la derivada de la función f (x) = x2 − 8x + 9 en el número x = a. Además halle la ecuación de la recta tangente a f (x) = x2 − 8x + 9 en (3, −6). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 55 / 84 Derivada y Razón de Cambio Cómo deja de ser derivable una función En general, si la gráfica de una función f tiene “esquinas” o “picos”, es decir, f no es suave, entonces la gráfica de f no tiene recta tangente en esos puntos y f no es derivable allí. Además se puede probar que si f es derivable en a entonces f es continua en a. Por lo tanto, f no es derivable en cualquier discontinuidad. Una tercera posibilidad es que la curva tenga una recta tangente vertical cuando x = a. Es decir f es continua en a y además lı́mx→a = |f 0 (x)| = ∞ Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 56 / 84 Derivada y Razón de Cambio Teorema 1.31 (Reglas básicas de derivación) Sea f, g funciones en la variable x, c ∈ R una constante. A continuación se resumen las fórmulas de derivación: Propiedades: d [cf ] = cf 0 dx d [f ± g] = f 0 dx 1 Linealidad: 2 Linealidad: 3 Derivada de un producto: 4 Derivada de un cociente: ± g0 d [f g] dx d dx h i f g = f 0 g + f g0 = f 0 g−f g 0 g2 Derivadas de funciones elementales: 1 2 d [c] = 0 dx d [xn ] = dx nxn−1 ∀n ∈ R 3 d [ln(x)] dx 4 d [ex ] dx Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas = 1 x = ex Matemáticas Financieras - EAFIT 57 / 84 Derivada y Razón de Cambio Ejemplo 1.32 Si D(P ) es la demanda de un producto cuando el precio unitario es P , entonces la función de ingresos R(P ) = P D(P ). Hallar la expresión de R0 (P ) Ejemplo 1.33 Calcule la derivada de las siguientes funciones: 1 f (x) = x2 (1 − 2x) 2 g(x) = ax + ln(x) donde a es una constante 3 h(x) = 4 y = (x + 2)2 2 x√ +1 x Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 58 / 84 Derivada y Razón de Cambio Teorema 1.34 (Regla de la cadena) Si g es derivable en x y f es derivable en g(x), entonces la función compuesta F = f ◦ g definida mediante F (x) = f (g(x)) es derivable en x, y F 0 está dada por el producto F 0 (x) = f 0 (g(x))f 0 (x) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 59 / 84 Derivada y Razón de Cambio Teorema 1.34 (Regla de la cadena) Si g es derivable en x y f es derivable en g(x), entonces la función compuesta F = f ◦ g definida mediante F (x) = f (g(x)) es derivable en x, y F 0 está dada por el producto F 0 (x) = f 0 (g(x))f 0 (x) Ejemplo 1.35 Encuentre F 0 (x) si √ F (x) = x3 − 5x + 2 2 F (x) = 100(64 + 4x) 3 3 F (x) = 2x+1 x+3 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 59 / 84 Derivada y Razón de Cambio Razón de cambio promedio Suponga que y es una cantidad que depende de otra cantidad x. Así, y es una función de x y lo expresamos como y = f (x). Si x cambia de x1 a x2 , entonces el cambio en x, también conocido como incremento de x, es ∆x = x2 − x1 . Por lo tanto, el cambio correspondiente en y esta dado por ∆y = f (x2 ) − f (x1 ) Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 60 / 84 Derivada y Razón de Cambio Razón de cambio promedio Suponga que y es una cantidad que depende de otra cantidad x. Así, y es una función de x y lo expresamos como y = f (x). Si x cambia de x1 a x2 , entonces el cambio en x, también conocido como incremento de x, es ∆x = x2 − x1 . Por lo tanto, el cambio correspondiente en y esta dado por ∆y = f (x2 ) − f (x1 ) El cociente de diferencias ∆x f (x2 ) − f (x1 ) = ∆y x2 − x1 se denomina a razón de cambio promedio de y respecto a x en el intervalo [x1 , x2 ]. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 60 / 84 Derivada y Razón de Cambio Ejemplo 1.36 Un fabricante produce un rollo de un tejido con un ancho fijo. El costo de producir x metros de C(30)−C(10) C = 20000, quiere decir este tejido es C = f (x) pesos. De esta manera, si ∆ = ∆x 30−10 que el costo promedio de la producción de un metro de tejido entre el décimo y el trigésimo metro es $20.000 COP. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 61 / 84 Derivada y Razón de Cambio Razón de cambio instantánea: Considere la razón de cambio promedio en intervalos cada vez más pequeños haciendo que x2 tienda a x1 y, por tanto, hacer que ∆x tienda a 0. El límite de estas razones de cambio promedio se llama razón de cambio instantánea de y respecto a x en x = x1 , la cual se interpreta como la pendiente de la recta tangente a la curva y = f (x) en P = (xl , f (x1 )) razón de cambio instantánea = lı́m ∆x →0 ∆y f (x2 ) − f (x1 ) = lı́m ∆x →0 ∆x x2 − x1 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 62 / 84 Derivada y Razón de Cambio Razón de cambio instantánea: Considere la razón de cambio promedio en intervalos cada vez más pequeños haciendo que x2 tienda a x1 y, por tanto, hacer que ∆x tienda a 0. El límite de estas razones de cambio promedio se llama razón de cambio instantánea de y respecto a x en x = x1 , la cual se interpreta como la pendiente de la recta tangente a la curva y = f (x) en P = (xl , f (x1 )) razón de cambio instantánea = lı́m ∆x →0 ∆y f (x2 ) − f (x1 ) = lı́m ∆x →0 ∆x x2 − x1 Observación: De acuerdo a lo anterior se sigue que la derivada f 0 (a) es la razón de cambio instantánea de y = f (x) respecto a x cuando x = a Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 62 / 84 Derivada y Razón de Cambio ¿Qué podemos decir sobre la razón de cambio en P y Q Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 63 / 84 Derivada y Razón de Cambio Ejemplo 1.37 (Costo marginal) Un fabricante produce un rollo de un tejido con un ancho fijo. El costo de producir x metros de este tejido es de C = f (x) pesos 1 ¿Cuál es el significado de la derivada f 0 (x)? ¿Cuáles son sus unidades? 2 En términos prácticos, ¿qué significa decir qué f 0 (1000) = $9500? 3 ¿Qué le hace pensar que es más grande f 0 50) o f 0 (500)? ¿Qué hay con respecto a f 0 (5000)? Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 64 / 84 Derivadas de orden superior Si f es una función derivable, entonces su derivada f 0 también es una función, así que f 0 puede tener una derivada de sí misma, señalada por (f 0 )0 = f 00 Esta nueva función f 00 se denomina segunda derivada de f porque es la derivada de la derivada de f 0 . La segunda derivada de y = f (x) también se puede denotar de la siguiente manera Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 65 / 84 Derivadas de orden superior Si f es una función derivable, entonces su derivada f 0 también es una función, así que f 0 puede tener una derivada de sí misma, señalada por (f 0 )0 = f 00 Esta nueva función f 00 se denomina segunda derivada de f porque es la derivada de la derivada de f 0 . La segunda derivada de y = f (x) también se puede denotar de la siguiente manera d2 y d dy = dx dx dx2 Ejemplo 1.38 Si f (x) = x3 − x, halle e interprete f 00 (x). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 65 / 84 Derivadas de orden superior Si f es una función derivable, entonces su derivada f 0 también es una función, así que f 0 puede tener una derivada de sí misma, señalada por (f 0 )0 = f 00 Esta nueva función f 00 se denomina segunda derivada de f porque es la derivada de la derivada de f 0 . La segunda derivada de y = f (x) también se puede denotar de la siguiente manera d2 y d dy = dx dx dx2 Ejemplo 1.38 Si f (x) = x3 − x, halle e interprete f 00 (x). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 65 / 84 Funciones de varias variables En general, no se puede pretender que los diversos procesos que se presentan en la vida cotidiana pueda ser representados por funciones de una sola variable. Por ejemplo, el nivel de producción de una compañía depende de diversos factores y en general ninguna variable sola puede representarlo. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 66 / 84 Funciones de varias variables En general, no se puede pretender que los diversos procesos que se presentan en la vida cotidiana pueda ser representados por funciones de una sola variable. Por ejemplo, el nivel de producción de una compañía depende de diversos factores y en general ninguna variable sola puede representarlo. Para ejemplificar lo anterior, es claro que la cantidad de petróleo que se bombea cada semana desde un campo petrolero depende del número de bombas y el número de horas que las bombas están funcionando. Lo anterior puede ser representado mediante una función de varias variables (número de bombas, número de horas en funcionamiento). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 66 / 84 Funciones de varias variables Definición 1.39 (Funciones de dos variables) Una función f de dos variables es una regla que asigna a cada par ordenado de números reales (x, y) de un conjunto D, un único número real que se denota con f (x, y). El conjunto D es el dominio de f y su rango es el conjunto de valores que toma f , es decir, {f (x, y)|(x, y) ∈ D} Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 67 / 84 Funciones de varias variables Definición 1.39 (Funciones de dos variables) Una función f de dos variables es una regla que asigna a cada par ordenado de números reales (x, y) de un conjunto D, un único número real que se denota con f (x, y). El conjunto D es el dominio de f y su rango es el conjunto de valores que toma f , es decir, {f (x, y)|(x, y) ∈ D} Observación: Así como para funciones de una variables, a menudo, escribimos z = f (x, y) para hacer explícito el valor que toma f en el punto (x, y). Las variables x y y son variables independientes y z es la variable dependiente. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 67 / 84 Funciones de varias variables Definición 1.39 (Funciones de dos variables) Una función f de dos variables es una regla que asigna a cada par ordenado de números reales (x, y) de un conjunto D, un único número real que se denota con f (x, y). El conjunto D es el dominio de f y su rango es el conjunto de valores que toma f , es decir, {f (x, y)|(x, y) ∈ D} Observación: Así como para funciones de una variables, a menudo, escribimos z = f (x, y) para hacer explícito el valor que toma f en el punto (x, y). Las variables x y y son variables independientes y z es la variable dependiente. Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 67 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.40 (Funciones de dos variables) Sea √ f (x, y) = x+y−1 . x−1 Evalúe f (3, 2). Además determine y grafique el dominio. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 68 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.40 (Funciones de dos variables) Sea √ f (x, y) = x+y−1 . x−1 Evalúe f (3, 2). Además determine y grafique el dominio. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 68 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.41 (Función de producción) En 1928 Charles Cobb y Paul Douglas publicaron un estudio en el cual modelaban el crecimiento de la economía estadounidense durante el periodo 1899-1922. Consideraron un punto de vista simplificado de la economía en el cual la producción está determinada por la cantidad de mano de obra relacionada y la cantidad de capital invertido. Si bien hay muchos otros factores que afectan el rendimiento económico, su modelo resultó ser notablemente exacto. La función mediante la cual modelaron la producción era de la forma: P (L, K) = bLα K 1−α donde P la producción total: el valor monetario de todos los bienes que se producen en un año. L es la cantidad de mano de obra: la cantidad total de horas-hombre trabaja das en un año. K es la cantidad de capital invertido: el valor monetario de toda la maquinaria, equipo y edificios. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 69 / 84 Funciones de varias variables Otro modo de visualizar el comportamiento de una función de dos variables es considerar su gráfica Definición 1.42 (Gráficas de funciones dos variables) Si f es una función de dos variables con dominio D, entonces la gráfica de f es el conjunto de todos los puntos (x, y, z) en R3 tal que z = f (x, y) y (x, y) está en D Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 70 / 84 Funciones de varias variables Otro modo de visualizar el comportamiento de una función de dos variables es considerar su gráfica Definición 1.42 (Gráficas de funciones dos variables) Si f es una función de dos variables con dominio D, entonces la gráfica de f es el conjunto de todos los puntos (x, y, z) en R3 tal que z = f (x, y) y (x, y) está en D Así como la gráfica de una función f de una variable es una curva C con ecuación y = f (x),la gráfica de una función f de dos variables es una superficie S cuya ecuación es z = f (x, y). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 70 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.43 La gráfica de la función de la producción de Cobb-Douglas √ P (L, K) = 100 2LK está dada por la siguiente superficie Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 71 / 84 Funciones de varias variables Otro método para representar funciones de dos variables es un mapa de curvas de nivel en el cual puntos de elevación igual se unen para formar líneas de contorno o curvas de nivel. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 72 / 84 Funciones de varias variables Otro método para representar funciones de dos variables es un mapa de curvas de nivel en el cual puntos de elevación igual se unen para formar líneas de contorno o curvas de nivel. Definición 1.44 (Curvas de nivel) Las curvas de nivel de una función f de dos variables son las curvas cuyas ecuaciones son f (x, y) = k, donde k es una constante que pertenece al rango de f . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 72 / 84 Funciones de varias variables Otro método para representar funciones de dos variables es un mapa de curvas de nivel en el cual puntos de elevación igual se unen para formar líneas de contorno o curvas de nivel. Definición 1.44 (Curvas de nivel) Las curvas de nivel de una función f de dos variables son las curvas cuyas ecuaciones son f (x, y) = k, donde k es una constante que pertenece al rango de f . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 72 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.45 (Cómo se obtienen las curvas de indiferencia a partir de la utilidad) Supongamos una función de utilidad dada por u(x, y) = xy. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 73 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.45 (Cómo se obtienen las curvas de indiferencia a partir de la utilidad) Supongamos una función de utilidad dada por u(x, y) = xy. Sabemos que todas las cestas de consumo pertenecientes a una misma curva de indiferencia representan el mismo bienestar o son igualmente preferibles para el consumidor. Ahora bien, si el nivel de bienestar o satisfacción esta siendo medido por la función de utilidad u, entonces la curva de indiferencia con un nivel de bienestar k esta dada por todos los puntos (x, y) tales que k = u(x, y) = xy. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 73 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.45 (Cómo se obtienen las curvas de indiferencia a partir de la utilidad) Supongamos una función de utilidad dada por u(x, y) = xy. Sabemos que todas las cestas de consumo pertenecientes a una misma curva de indiferencia representan el mismo bienestar o son igualmente preferibles para el consumidor. Ahora bien, si el nivel de bienestar o satisfacción esta siendo medido por la función de utilidad u, entonces la curva de indiferencia con un nivel de bienestar k esta dada por todos los puntos (x, y) tales que k = u(x, y) = xy. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 73 / 84 Funciones de varias variables Observación: los conceptos de límite y continuidad desarrollados para funciones de una variable pueden ser extrapolados formalmente, a funciones de varías variables. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 74 / 84 Funciones de varias variables Observación: los conceptos de límite y continuidad desarrollados para funciones de una variable pueden ser extrapolados formalmente, a funciones de varías variables. Definición 1.46 (Derivadas Parciales) Si f es una función de dos variables, sus derivadas parciales son las funciones fx y fy , definidas por fx (x, y) = lı́m f (x + h, y) − f (x, y) h fx (x, y) = lı́m f (x, y + h) − f (x, y) h h→0 h→0 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 74 / 84 Funciones de varias variables Observación: los conceptos de límite y continuidad desarrollados para funciones de una variable pueden ser extrapolados formalmente, a funciones de varías variables. Definición 1.46 (Derivadas Parciales) Si f es una función de dos variables, sus derivadas parciales son las funciones fx y fy , definidas por fx (x, y) = lı́m f (x + h, y) − f (x, y) h fx (x, y) = lı́m f (x, y + h) − f (x, y) h h→0 h→0 Observación: Hay muchas otras notaciones para las derivadas parciales. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 74 / 84 Funciones de varias variables Observación: los conceptos de límite y continuidad desarrollados para funciones de una variable pueden ser extrapolados formalmente, a funciones de varías variables. Definición 1.46 (Derivadas Parciales) Si f es una función de dos variables, sus derivadas parciales son las funciones fx y fy , definidas por fx (x, y) = lı́m f (x + h, y) − f (x, y) h fx (x, y) = lı́m f (x, y + h) − f (x, y) h h→0 h→0 Observación: Hay muchas otras notaciones para las derivadas parciales.Si z = f (x, y), escribimos fx (x, y) = fx = ∂f ∂ = f (x, y) = f1 = D1 f = Dx f ∂x ∂x fy (x, y) = fy = ∂f ∂ = f (x, y) = f2 = D2 f = Dy f ∂y ∂y Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 74 / 84 Funciones de varias variables Regla para determinar las derivadas parciales de z = f (x, y): Para determinar fx , conservar a y constante y derivar f (x, y) con respecto a x. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 75 / 84 Funciones de varias variables Regla para determinar las derivadas parciales de z = f (x, y): Para determinar fx , conservar a y constante y derivar f (x, y) con respecto a x. Para determinar fy , conservar a x constante y derivar f (x, y) con respecto a y. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 75 / 84 Funciones de varias variables Regla para determinar las derivadas parciales de z = f (x, y): Para determinar fx , conservar a y constante y derivar f (x, y) con respecto a x. Para determinar fy , conservar a x constante y derivar f (x, y) con respecto a y. Ejemplo 1.47 Si f (x, y) = x3 + x2 y 3 − 2y 2 , determine fx (2, 1) y fy (2, 1). Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 75 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: Recordemos que la ecuación z = f (x, y) representa una superficie S en el espacio. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 76 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: Ahora, si f (a, b) = c es porque el punto P (a, b, c) está en la situado sobre la superficie Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 77 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: Si hacemos y = b, estamos enfocando la atención en la curva C1 en la cual el plano vertical y = b interseca a S. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 78 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: Observe que la curva C1 es la gráfica de la función g(x) = f (x, b), de modo que la pendiente de su tangente T1 en P es g 0 (a) = fx (a, b). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 79 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: De igual manera, el plano vertical x = a interseca a S en una curva C2 . Tanto la curva C1 como C2 pasan por el punto P . Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 80 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: De igual manera, el plano vertical x = a interseca a S en una curva C2 . Tanto la curva C1 como C2 pasan por el punto P .Ahora, la curva C2 es la gráfica de la función h(y) = f (a, y), de modo que la pendiente de su tangente T2 en P es h0 (b) = fy (a, b). Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 80 / 84 Funciones de varias variables Interpretación de las derivadas parciales: En conclusión, las derivadas parciales fx (a, b) y fy (a, b) se pueden interpretar en forma geométrica como las pendientes de las tangentes en P (a, b, c) a las trazas C1 y C2 de S en los planos y = b y x = a. las derivadas parciales también se pueden interpretar como razones de cambio. Si z = f (x, y), entonces fx representa la razón de cambio de z respecto a x cuando y permanece constante. De manera similar, fy representa la razón de cambio de z respecto a y cuando x es constante. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 81 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.48 (Productividad Marginal) 2 Consideremos la función de función de producción Cobb–Douglas P (K, L) = 30K 3 Y Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 1 3 Matemáticas Financieras - EAFIT 82 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.48 (Productividad Marginal) 2 Consideremos la función de función de producción Cobb–Douglas P (K, L) = 30K 3 Y 1 3 Encuentre PK y PL Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 82 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.48 (Productividad Marginal) 2 Consideremos la función de función de producción Cobb–Douglas P (K, L) = 30K 3 Y 1 3 Encuentre PK y PL ¿Cuál es la productividad marginal del trabajo y la productividad marginal del capital cunado las cantidades empleadas de trabajo y capital son 125 unidades y 27 unidades, respectivamente? Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 82 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.48 (Productividad Marginal) 2 Consideremos la función de función de producción Cobb–Douglas P (K, L) = 30K 3 Y 1 3 Encuentre PK y PL ¿Cuál es la productividad marginal del trabajo y la productividad marginal del capital cunado las cantidades empleadas de trabajo y capital son 125 unidades y 27 unidades, respectivamente? ¿Debería el gobierno haber aumentado la inversión de capital en lugar de aumentar el gasto en mano de obra para aumentar la productividad del país? Matemáticas Financieras - EAFIT Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas 82 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.49 (Bienes sustitutos y complementarios) Consideremos la demanda relativa de dos bienes. Decimos que dos bienes son bienes sustitutos si un decrecimiento en la demanda de uno implica en un crecimiento de la demanda del otro (e.g. el café y el té). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 83 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.49 (Bienes sustitutos y complementarios) Consideremos la demanda relativa de dos bienes. Decimos que dos bienes son bienes sustitutos si un decrecimiento en la demanda de uno implica en un crecimiento de la demanda del otro (e.g. el café y el té).Por otro lado, decimos que dos bienes son bienes complementarios si un decrecimiento en la demanda de uno implica un decrecimiento en la demanda del otro (e.g carros y llantas). Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 83 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.49 (Bienes sustitutos y complementarios) Consideremos la demanda relativa de dos bienes. Decimos que dos bienes son bienes sustitutos si un decrecimiento en la demanda de uno implica en un crecimiento de la demanda del otro (e.g. el café y el té).Por otro lado, decimos que dos bienes son bienes complementarios si un decrecimiento en la demanda de uno implica un decrecimiento en la demanda del otro (e.g carros y llantas). Mediante el uso de las derivadas parciales se puede obtener un criterio para determinar si dos bienes A y B, son bienes sustitutos o complementarios. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 83 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.49 (Bienes sustitutos y complementarios) Consideremos la demanda relativa de dos bienes. Decimos que dos bienes son bienes sustitutos si un decrecimiento en la demanda de uno implica en un crecimiento de la demanda del otro (e.g. el café y el té).Por otro lado, decimos que dos bienes son bienes complementarios si un decrecimiento en la demanda de uno implica un decrecimiento en la demanda del otro (e.g carros y llantas). Mediante el uso de las derivadas parciales se puede obtener un criterio para determinar si dos bienes A y B, son bienes sustitutos o complementarios. Supongamos que las ecuaciones de demanda que relaciona las cantidades demandadas x y y con los precios por unidad p y q están dadas por x = f (p, q) y y = g(p, q) Decimos que los bienes A y B son bienes sustitutos si f q > 0 y gp > 0 Dos bienes A y B son complementarios si f q < 0 y gp < 0 Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 83 / 84 Funciones de varias variables Ejemplo 1.50 (Bienes sustitutos y complementarios) Supongamos que la demanda diaria de mantequilla está dada por x = f (p, q) = 3q 1 + p2 y la demanda diaria de margarina esta dada por y = g(p, q) = 2p √ 1+ q Donde p y q denotan los precios por libra de mantequilla y margarina, respectivamente, x y y están medidos en millones de libras. Determine si estos dos bienes son sustitutos, complementarios o ninguno de los dos. Daniel Fragua dffraguar@eafit.edu.co (Universidad Matemáticas EAFIT) para Finanzas Matemáticas Financieras - EAFIT 84 / 84