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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)

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 y área
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,
 
Calcular una primitiva es fácil. Recurramos o no al sistema de menús de wxMaxima,
 
tendremos:
 
tendremos:

Revisión del 14:14 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 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