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Cálculo de áreas
Problema
2024 · Ordinaria · Reserva
3
Examen

Considera la función f:R→Rf : \mathbb{R} \to \mathbb{R} definida por f(x)=x3−6x2+8xf(x) = x^3 - 6x^2 + 8x.

a) Calcula los puntos de corte de la gráfica de ff con los ejes de coordenadas y esboza dicha gráfica.b) Calcula la suma de las áreas de los recintos acotados y limitados por la gráfica de ff y el eje de abscisas.
Puntos de corteÁrea bajo la curvaEsbozo de gráfica
a) Calcula los puntos de corte de la gráfica de ff con los ejes de coordenadas y esboza dicha gráfica.

Para hallar los puntos de corte con el eje de abscisas (eje XX), igualamos la función a cero:

x3−6x2+8x=0x^3 - 6x^2 + 8x = 0

Factorizamos la expresión extrayendo factor común xx:

x(x2−6x+8)=0x(x^2 - 6x + 8) = 0

Resolvemos la ecuación de segundo grado x2−6x+8=0x^2 - 6x + 8 = 0:

x=6±36−322=6±22  ⟹  x1=4, x2=2x = \frac{6 \pm \sqrt{36 - 32}}{2} = \frac{6 \pm 2}{2} \implies x_1 = 4, \, x_2 = 2

Los puntos de corte con el eje XX son (0,0)(0, 0), (2,0)(2, 0) y (4,0)(4, 0). El punto de corte con el eje YY se obtiene evaluando f(0)=0f(0) = 0, que es el punto (0,0)(0, 0) ya calculado.Para el esbozo, observamos que al ser una función polinómica de tercer grado con coeficiente principal positivo, el límite cuando x→∞x \to \infty es +∞+\infty y cuando x→−∞x \to -\infty es −∞-\infty. Presenta un máximo relativo entre x=0x=0 y x=2x=2, y un mínimo relativo entre x=2x=2 y x=4x=4.

b) Calcula la suma de las áreas de los recintos acotados y limitados por la gráfica de ff y el eje de abscisas.

Los recintos están delimitados por los puntos de corte con el eje XX: el primero en el intervalo [0,2][0, 2] y el segundo en [2,4][2, 4]. El área total AA es la suma de las integrales definidas en valor absoluto:

A=∫02(x3−6x2+8x) dx+∣∫24(x3−6x2+8x) dx∣A = \int_{0}^{2} (x^3 - 6x^2 + 8x) \, dx + \left| \int_{2}^{4} (x^3 - 6x^2 + 8x) \, dx \right|

Calculamos primero la primitiva de la función:

F(x)=∫(x3−6x2+8x) dx=x44−2x3+4x2F(x) = \int (x^3 - 6x^2 + 8x) \, dx = \frac{x^4}{4} - 2x^3 + 4x^2

Evaluamos en el primer recinto [0,2][0, 2]:

I1=[x44−2x3+4x2]02=(4−16+16)−0=4I_1 = \left[ \frac{x^4}{4} - 2x^3 + 4x^2 \right]_{0}^{2} = (4 - 16 + 16) - 0 = 4

Evaluamos en el segundo recinto [2,4][2, 4]:

I2=[x44−2x3+4x2]24=(64−128+64)−(4−16+16)=0−4=−4I_2 = \left[ \frac{x^4}{4} - 2x^3 + 4x^2 \right]_{2}^{4} = (64 - 128 + 64) - (4 - 16 + 16) = 0 - 4 = -4

Sumamos los valores absolutos para obtener el área total:

A=∣4∣+∣−4∣=4+4=8 unidades de aˊreaA = |4| + |-4| = 4 + 4 = 8 \text{ unidades de \'area}