Acciones

Diferencia entre revisiones de «Estudio de una función»

De Software Libre para la Enseñanza y el Aprendizaje de las Matemáticas (2010-11)

 
(No se muestran 4 ediciones intermedias del mismo usuario)
Línea 30: Línea 30:
  
 
  Asíntotas
 
  Asíntotas
  Como vemos a continuación, f(x) tiene una asíntota vertical en x = 0, de hecho
+
  Como vemos a continuación, f(x) tiene una asíntota vertical en x = 0,  
 
  ( %i8) limit(f(x),x,0);  
 
  ( %i8) limit(f(x),x,0);  
 
  ( %i9) limit(f(x),x,0,plus);
 
  ( %i9) limit(f(x),x,0,plus);
Línea 37: Línea 37:
 
  ( %i11) limit(f(x),x,minf);
 
  ( %i11) limit(f(x),x,minf);
 
  ( %i12) limit(f(x)/x,x,inf);
 
  ( %i12) limit(f(x)/x,x,inf);
f(x) tiene una asíntota oblicua, de la forma y = 1 � x + a, donde a viene dado por el
+
f(x) tiene una asíntota oblicua
siguiente límite:
+
( %i13) limit(f(x)-1*x,x,inf);
120 Problema resuelto 1: estudio y representación de una función
+
Por tanto, la asíntota oblicua es y = x.
( %i13) limit(f(x)-1*x,x,inf);
+
 
( %o13)
+
Gráfica
0
+
( %i14) plot2d([f(x),x],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
Por tanto, la asíntota oblicua es y = x.
+
zeroaxis;"]);
Gráfica
+
 
Representaremos f(x) junto con su asíntota, y = x. A base de prueba y error, se
+
Derivada  
encontrarán los intervalos de x e y adecuados, en este caso se tomará x 2 [􀀀20; 20],
+
( %i15) diff(f(x),x);
y 2 [􀀀20; 100]:
+
( %i16) ratsimp(%);  
( %i14) plot2d([f(x),x],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
+
Derivada para a=3
zeroaxis;"]);
+
( %i17) a:3;
( %o14)
+
( %i18) ”(diff(f(x),x)),x=a;
Figura A.1: Gráfica de la función x2􀀀9
+
 
2 junto a su asíntota oblicua y = x
+
La recta tangente  
Derivada y recta tangente
+
( %i19) Df(x):=”(ratsimp(diff(f(x),x)));
A continuación, calculamos la derivada de f(x), definimos el punto a = 3 y
+
( %i20) m:Df(a);
hallamos f0(a).
+
( %i21) y-f(a)=m*(x-a);
( %i15) diff(f(x),x);
+
( %i22) expand(%);
( %o15)
+
 
2 􀀀
+
Representación
x2 􀀀 9
+
( %i23) plot2d([f(x),2*x-6],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
x2
+
zeroaxis;"]);
121
+
 
( %i16) ratsimp(%);
+
Primitiva  
( %o16)
+
( %i24) integrate(f(x),x);
x2 + 9
+
x2
+
Àrea
( %i17) a:3;
+
( %i25) f(x);
( %o17)
+
( %i26) numerador:num(f(x));
3
+
( %i27) denominador:denom(f(x));
( %i18) ”(diff(f(x),x)),x=a;
+
( %i28) assume(x>3);
( %o18)
+
( %i29) is(numerador>0);
2
+
( %i30) is(denominador>0);
Obsérvese que (como se comentó en los apuntes de este tema) antes de sustituir el valor
+
( %i31) forget(x>3);
x = a en la derivada, es necesario utilizar un doble operador comilla (”), que se obtiene
+
( %i32) integrate(f(x),x,3,4);
pulsando dos veces en la tecla ?. Este operador se puede interpretar como «el resultado
+
( %i33) %,numer;
de evaluar la siguiente expresión» (en este caso, la derivada de f(x)). En general, la
 
última entrada se puede interpretar como «sustituir x = a en el resultado de calcular la
 
derivada de f(x)».
 
También podríamos haber utilizado este operador para definir una función, a la que
 
podríamos llamar Df(x), que representaría a la primera derivada de f(x). Esto lo haremos
 
más abajo, como ejemplo. Y como se puede ver aprovecharemos para simplificar la
 
derivada (con la función “ratsimp” antes de definir Df(x)). Así, la definición se puede
 
leer como «Df(x) se define como el resultado (doble comilla) de simplificar (ratsimp)
 
la derivada (diff ) de f(x)»
 
Una vez que conocemos la pendiente, m = f0(a) = 2, podemos escribir la recta
 
tangente como
 
y 􀀀 f(a) = m � (x 􀀀 a)
 
( %i19) Df(x):=”(ratsimp(diff(f(x),x)));
 
( %o19)
 
Df (x) :=
 
x2 + 9
 
x2
 
( %i20) m:Df(a);
 
( %o20)
 
2
 
( %i21) y-f(a)=m*(x-a);
 
( %o21)
 
y = 2 (x 􀀀 3)
 
122 Problema resuelto 1: estudio y representación de una función
 
( %i22) expand(%);
 
( %o22)
 
y = 2 x 􀀀 6
 
Y (utilizando el menú de wxMaxima, si así lo deseamos), podemos representar la
 
gráfica:
 
( %i23) plot2d([f(x),2*x-6],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
 
zeroaxis;"]);
 
( %o23)
 
El resultado se puede apreciar en la figura A.2
 
Figura A.2: Gráfica de la función x2􀀀9
 
2 junto su recta tengente en x = 3
 
Primitiva y área
 
Calcular una primitiva es fácil. Recurramos o no al sistema de menús de wxMaxima,
 
tendremos:
 
( %i24) integrate(f(x),x);
 
( %o24)
 
x2
 
2
 
􀀀 9 log x
 
Para el cálculo de áreas, observamos que f(x) > 0 en [3;+1), pues hemos visto que
 
f(3) = 0 y si x > 3 el numerador y el denominador de f(x) son estrictamente positivos
 
123
 
(en Maxima esto se puede comprobar con las órdenes “assume” e “is”, como vemos
 
más abajo). Por lo tanto, el área del recinto coincide con la siguiente integral definida:
 
Z 4
 
3
 
f(x)dx
 
( %i25) f(x);
 
( %o25)
 
x2 􀀀 9
 
x
 
( %i26) numerador:num(f(x));
 
( %o26)
 
x2 􀀀 9
 
( %i27) denominador:denom(f(x));
 
( %o27)
 
x
 
( %i28) assume(x>3);
 
( %o28)
 
[x > 3]
 
( %i29) is(numerador>0);
 
( %o29)
 
true
 
( %i30) is(denominador>0);
 
( %o30)
 
true
 
( %i31) forget(x>3);
 
( %o31)
 
[x > 3]
 
( %i32) integrate(f(x),x,3,4);
 
( %o32)
 
􀀀9 log 4 + 9 log 3 +
 
7
 
2
 
( %i33) %,numer;
 
124 Problema resuelto 1: estudio y representación de una función
 
( %o33)
 
0;910861347933972
 

Revisión actual del 14:19 19 abr 2011

Enunciado: 
Sea f(x) = (x^2-9)/x
* Halla los puntos de corte de f(x) con los ejes de coordenadas
* Presenta una lista con los valores de f(n); n = 100; 200; 300; : : : 1500. ¿Cuál piensas
  que es el límite de f(x) en +1? Confírmalo con wxMaxima.
* Estudia las asíntotas verticales, horizontales y oblicuas de f(x).
* Representa de forma conjunta la gráfica de f(x) y de la recta y = x.
* Halla la función derivada de f(x) y la recta tangente a f(x) en el punto a = 3.
* Representar de forma conjunta a la gráfica de f(x) y la de esta recta tangente.
* Calcula una primitiva de f(x).
* Sea A el área limitada por la gráfica de f(x) y el eje OX entre x = 3 y x = 4. ¿Es A
  mayor que uno?
* Puntos de corte
Solución: 
( %i1) f(x):=(x^2-9)/x;
Sus puntos de corte con OX verifican f(x) = 0:
( %i2) solve(f(x)=0,x);
Los puntos de corte con OY verifican x = 0:
( %i3) f(0);
Valores de f(n)
( %i4) lista:makelist(100*n,n,1,15);
( %i5) tabla:map(f,lista);
( %i6) %,numer;
( %i7) limit(f(x),x,inf);
Asíntotas
Como vemos a continuación, f(x) tiene una asíntota vertical en x = 0, 
( %i8) limit(f(x),x,0); 
( %i9) limit(f(x),x,0,plus);
( %i10) limit(f(x),x,0,minus);
f(x) no tiene asíntotas horizontales 
( %i11) limit(f(x),x,minf);
( %i12) limit(f(x)/x,x,inf);
f(x) tiene una asíntota oblicua
( %i13) limit(f(x)-1*x,x,inf);
Por tanto, la asíntota oblicua es y = x.
Gráfica
( %i14) plot2d([f(x),x],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
zeroaxis;"]);
Derivada 
( %i15) diff(f(x),x);
( %i16) ratsimp(%); 
Derivada para a=3
( %i17) a:3;
( %i18) ”(diff(f(x),x)),x=a;
La recta tangente 
( %i19) Df(x):=”(ratsimp(diff(f(x),x)));
( %i20) m:Df(a);
( %i21) y-f(a)=m*(x-a);
( %i22) expand(%);
 
Representación
( %i23) plot2d([f(x),2*x-6],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
zeroaxis;"]);
Primitiva 
( %i24) integrate(f(x),x);

Àrea
( %i25) f(x);
( %i26) numerador:num(f(x));
( %i27) denominador:denom(f(x));
( %i28) assume(x>3);
( %i29) is(numerador>0);
( %i30) is(denominador>0);
( %i31) forget(x>3);
( %i32) integrate(f(x),x,3,4);
( %i33) %,numer;