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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 2 ediciones intermedias del mismo usuario)
Línea 43: Línea 43:
 
  Gráfica
 
  Gráfica
 
  ( %i14) plot2d([f(x),x],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
 
  ( %i14) plot2d([f(x),x],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
zeroaxis;"]);
+
zeroaxis;"]);
  
 
  Derivada  
 
  Derivada  
 
  ( %i15) diff(f(x),x);
 
  ( %i15) diff(f(x),x);
  ( %i16) ratsimp(%);
+
  ( %i16) ratsimp(%);  
 
 
  Derivada para a=3
 
  Derivada para a=3
 
  ( %i17) a:3;
 
  ( %i17) a:3;
( %o17)
+
( %i18) ”(diff(f(x),x)),x=a;
( %i18) ”(diff(f(x),x)),x=a;
+
 
( %o18)
+
La recta tangente  
2
+
( %i19) Df(x):=”(ratsimp(diff(f(x),x)));
Obsérvese que (como se comentó en los apuntes de este tema) antes de sustituir el valor
+
( %i20) m:Df(a);
x = a en la derivada, es necesario utilizar un doble operador comilla (”), que se obtiene
+
( %i21) y-f(a)=m*(x-a);
pulsando dos veces en la tecla ?. Este operador se puede interpretar como «el resultado
+
( %i22) expand(%);
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
+
Representación
derivada de f(x)».
+
( %i23) plot2d([f(x),2*x-6],[x,-20,20],[y,-20,20],[gnuplot_preamble,"set
También podríamos haber utilizado este operador para definir una función, a la que
+
zeroaxis;"]);
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
+
Primitiva  
derivada (con la función “ratsimp” antes de definir Df(x)). Así, la definición se puede
+
( %i24) integrate(f(x),x);
leer como «Df(x) se define como el resultado (doble comilla) de simplificar (ratsimp)
+
la derivada (diff ) de f(x)»
+
Àrea
Una vez que conocemos la pendiente, m = f0(a) = 2, podemos escribir la recta
+
( %i25) f(x);
tangente como
+
( %i26) numerador:num(f(x));
y 􀀀 f(a) = m � (x 􀀀 a)
+
( %i27) denominador:denom(f(x));
( %i19) Df(x):=”(ratsimp(diff(f(x),x)));
+
( %i28) assume(x>3);
( %o19)
+
( %i29) is(numerador>0);
Df (x) :=
+
( %i30) is(denominador>0);
x2 + 9
+
( %i31) forget(x>3);
x2
+
( %i32) integrate(f(x),x,3,4);
( %i20) m:Df(a);
+
( %i33) %,numer;
( %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;