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Análisis y cálculo integral
Operacional
2023 · Ordinaria · Reserva
3
Examen
BLOQUE B
a) Calcule la ecuación de la recta tangente a la gráfica de cada una de las siguientes funciones en el punto de abscisa x=0x = 0:
f(x)=3x2+5x−2−3x+7f(x) = \frac{3x^2 + 5x - 2}{-3x + 7}
g(x)=ln⁡(13x+1)g(x) = \ln\left(\frac{1}{3x + 1}\right)
b) Calcule las integrales definidas siguientes:
∫−2−153x4dx\int_{-2}^{-1} \frac{5}{3x^4} dx
∫−30ex35dx\int_{-3}^{0} \frac{e^{\frac{x}{3}}}{5} dx
Recta tangenteIntegrales definidasDerivadas
BLOQUE B
a) Calcule la ecuación de la recta tangente a la gráfica de cada una de las siguientes funciones en el punto de abscisa x=0x = 0:

La ecuación de la recta tangente a la gráfica de una función f(x)f(x) en el punto de abscisa x=ax=a viene dada por y−f(a)=f′(a)(x−a)y - f(a) = f'(a)(x - a). En este caso, a=0a=0, por lo que la ecuación es y=f′(0)x+f(0)y = f'(0)x + f(0).Para la función f(x)=3x2+5x−2−3x+7f(x) = \frac{3x^2 + 5x - 2}{-3x + 7}:Primero, calculamos f(0)f(0):

f(0)=3(0)2+5(0)−2−3(0)+7=−27f(0) = \frac{3(0)^2 + 5(0) - 2}{-3(0) + 7} = \frac{-2}{7}

Ahora, calculamos la derivada f′(x)f'(x) usando la regla del cociente (uv)′=u′v−uv′v2\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2}:

u=3x2+5x−2⇒u′=6x+5u = 3x^2 + 5x - 2 \Rightarrow u' = 6x + 5
v=−3x+7⇒v′=−3v = -3x + 7 \Rightarrow v' = -3
f′(x)=(6x+5)(−3x+7)−(3x2+5x−2)(−3)(−3x+7)2f'(x) = \frac{(6x + 5)(-3x + 7) - (3x^2 + 5x - 2)(-3)}{(-3x + 7)^2}
f′(x)=(−18x2+42x−15x+35)−(−9x2−15x+6)(−3x+7)2f'(x) = \frac{(-18x^2 + 42x - 15x + 35) - (-9x^2 - 15x + 6)}{(-3x + 7)^2}
f′(x)=−18x2+27x+35+9x2+15x−6(−3x+7)2f'(x) = \frac{-18x^2 + 27x + 35 + 9x^2 + 15x - 6}{(-3x + 7)^2}
f′(x)=−9x2+42x+29(−3x+7)2f'(x) = \frac{-9x^2 + 42x + 29}{(-3x + 7)^2}

Ahora, evaluamos f′(0)f'(0):

f′(0)=−9(0)2+42(0)+29(−3(0)+7)2=2972=2949f'(0) = \frac{-9(0)^2 + 42(0) + 29}{(-3(0) + 7)^2} = \frac{29}{7^2} = \frac{29}{49}

Finalmente, la ecuación de la recta tangente es:

y=2949x+(−27)y = \frac{29}{49}x + \left(-\frac{2}{7}\right)
y=2949x−27y = \frac{29}{49}x - \frac{2}{7}

Para la función g(x)=ln⁡(13x+1)g(x) = \ln\left(\frac{1}{3x + 1}\right):Podemos simplificar la función usando propiedades de logaritmos: g(x)=ln⁡(1)−ln⁡(3x+1)=0−ln⁡(3x+1)=−ln⁡(3x+1)g(x) = \ln(1) - \ln(3x + 1) = 0 - \ln(3x + 1) = -\ln(3x + 1).Primero, calculamos g(0)g(0):

g(0)=−ln⁡(3(0)+1)=−ln⁡(1)=0g(0) = -\ln(3(0) + 1) = -\ln(1) = 0

Ahora, calculamos la derivada g′(x)g'(x):

g′(x)=−13x+1⋅ddx(3x+1)=−33x+1g'(x) = -\frac{1}{3x + 1} \cdot \frac{d}{dx}(3x + 1) = -\frac{3}{3x + 1}

Ahora, evaluamos g′(0)g'(0):

g′(0)=−33(0)+1=−31=−3g'(0) = -\frac{3}{3(0) + 1} = -\frac{3}{1} = -3

Finalmente, la ecuación de la recta tangente es:

y=−3x+0y = -3x + 0
y=−3xy = -3x
b) Calcule las integrales definidas siguientes:

Para la primera integral: ∫−2−153x4dx\int_{-2}^{-1} \frac{5}{3x^4} dx Reescribimos la expresión y calculamos la integral indefinida:

∫53x4dx=∫53x−4dx=53x−4+1−4+1+C\int \frac{5}{3x^4} dx = \int \frac{5}{3}x^{-4} dx = \frac{5}{3} \frac{x^{-4+1}}{-4+1} + C
=53x−3−3+C=−59x3+C= \frac{5}{3} \frac{x^{-3}}{-3} + C = -\frac{5}{9x^3} + C

Ahora evaluamos la integral definida:

[−59x3]−2−1=(−59(−1)3)−(−59(−2)3)\left[ -\frac{5}{9x^3} \right]_{-2}^{-1} = \left( -\frac{5}{9(-1)^3} \right) - \left( -\frac{5}{9(-2)^3} \right)
=(−59(−1))−(−59(−8))= \left( -\frac{5}{9(-1)} \right) - \left( -\frac{5}{9(-8)} \right)
=(59)−(572)= \left( \frac{5}{9} \right) - \left( \frac{5}{72} \right)
=4072−572=3572= \frac{40}{72} - \frac{5}{72} = \frac{35}{72}

Para la segunda integral: ∫−30ex35dx\int_{-3}^{0} \frac{e^{\frac{x}{3}}}{5} dx Reescribimos la expresión y calculamos la integral indefinida:

∫ex35dx=15∫ex3dx\int \frac{e^{\frac{x}{3}}}{5} dx = \frac{1}{5} \int e^{\frac{x}{3}} dx

Para integrar ekxe^{kx}, usamos ∫ekxdx=1kekx+C\int e^{kx} dx = \frac{1}{k}e^{kx} + C. Aquí k=13k = \frac{1}{3}.

15⋅113ex3+C=15⋅3ex3+C=35ex3+C\frac{1}{5} \cdot \frac{1}{\frac{1}{3}} e^{\frac{x}{3}} + C = \frac{1}{5} \cdot 3 e^{\frac{x}{3}} + C = \frac{3}{5} e^{\frac{x}{3}} + C

Ahora evaluamos la integral definida:

[35ex3]−30=(35e03)−(35e−33)\left[ \frac{3}{5} e^{\frac{x}{3}} \right]_{-3}^{0} = \left( \frac{3}{5} e^{\frac{0}{3}} \right) - \left( \frac{3}{5} e^{\frac{-3}{3}} \right)
=(35e0)−(35e−1)= \left( \frac{3}{5} e^0 \right) - \left( \frac{3}{5} e^{-1} \right)
=35(1)−35e−1= \frac{3}{5}(1) - \frac{3}{5}e^{-1}
=35−35e= \frac{3}{5} - \frac{3}{5e}
=35(1−1e)= \frac{3}{5} \left( 1 - \frac{1}{e} \right)