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Integrales
Problema
2021 · Extraordinaria · Suplente
3A
Examen
EJERCICIO 3

Considera la función f:R→Rf : \mathbb{R} \to \mathbb{R} definida por f(x)=x2+∣x−1∣f(x) = x^2 + |x - 1|.

a) Determina los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de ff.b) Calcula ∫02f(x)dx\int_{0}^{2} f(x) dx.
MonotoníaIntegral definidaValor absoluto

La función f(x)=x2+∣x−1∣f(x) = x^2 + |x - 1| se puede expresar como una función a trozos debido al valor absoluto. Analizamos el signo de (x−1)(x - 1):Si x−1≥0x - 1 \ge 0, es decir, x≥1x \ge 1, entonces ∣x−1∣=x−1|x - 1| = x - 1. La función es f(x)=x2+(x−1)=x2+x−1f(x) = x^2 + (x - 1) = x^2 + x - 1.Si x−1<0x - 1 < 0, es decir, x<1x < 1, entonces ∣x−1∣=−(x−1)=1−x|x - 1| = -(x - 1) = 1 - x. La función es f(x)=x2+(1−x)=x2−x+1f(x) = x^2 + (1 - x) = x^2 - x + 1.Por lo tanto, la función f(x)f(x) se define como:

f(x)={x2−x+1si x<1x2+x−1si x≥1f(x) = \begin{cases} x^2 - x + 1 & \text{si } x < 1 \\ x^2 + x - 1 & \text{si } x \ge 1 \end{cases}
a) Determina los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de ff.

Para determinar los intervalos de crecimiento y decrecimiento, calculamos la primera derivada de la función f(x)f(x):

f′(x)={2x−1si x<12x+1si x>1f'(x) = \begin{cases} 2x - 1 & \text{si } x < 1 \\ 2x + 1 & \text{si } x > 1 \end{cases}

La función f(x)f(x) es continua en x=1x=1, ya que lim⁡x→1−(x2−x+1)=1−1+1=1\lim_{x \to 1^-} (x^2 - x + 1) = 1 - 1 + 1 = 1 y lim⁡x→1+(x2+x−1)=1+1−1=1\lim_{x \to 1^+} (x^2 + x - 1) = 1 + 1 - 1 = 1. Sin embargo, la derivada no es continua en x=1x=1 porque f′(1−)=2(1)−1=1f'(1^-) = 2(1) - 1 = 1 y f′(1+)=2(1)+1=3f'(1^+) = 2(1) + 1 = 3. Por lo tanto, x=1x=1 es un punto crítico.Buscamos los puntos críticos igualando f′(x)=0f'(x)=0 en cada tramo:Para x<1x < 1: 2x−1=0  ⟹  x=1/22x - 1 = 0 \implies x = 1/2. Este punto se encuentra en el intervalo.Para x>1x > 1: 2x+1=0  ⟹  x=−1/22x + 1 = 0 \implies x = -1/2. Este punto no se encuentra en el intervalo x>1x > 1, por lo que no es un punto crítico en esta rama.Los puntos a considerar para el estudio del signo de f′(x)f'(x) son x=1/2x = 1/2 y x=1x = 1. Dividimos la recta real en intervalos:1. Intervalo (−∞,1/2)(-\infty, 1/2) (usando f′(x)=2x−1f'(x) = 2x - 1): Tomamos x=0x=0, f′(0)=−1<0f'(0) = -1 < 0. La función es decreciente.2. Intervalo (1/2,1)(1/2, 1) (usando f′(x)=2x−1f'(x) = 2x - 1): Tomamos x=0.75x=0.75, f′(0.75)=2(0.75)−1=1.5−1=0.5>0f'(0.75) = 2(0.75) - 1 = 1.5 - 1 = 0.5 > 0. La función es creciente.3. Intervalo (1,∞)(1, \infty) (usando f′(x)=2x+1f'(x) = 2x + 1): Tomamos x=2x=2, f′(2)=2(2)+1=5>0f'(2) = 2(2) + 1 = 5 > 0. La función es creciente.Conclusión:La función f(x)f(x) es decreciente en el intervalo (−∞,1/2](-\infty, 1/2].La función f(x)f(x) es creciente en el intervalo [1/2,∞)[1/2, \infty).

b) Calcula ∫02f(x)dx\int_{0}^{2} f(x) dx.

Para calcular la integral, debemos dividirla en dos partes debido a la definición de f(x)f(x) a trozos en x=1x=1:

∫02f(x)dx=∫01(x2−x+1)dx+∫12(x2+x−1)dx\int_{0}^{2} f(x) dx = \int_{0}^{1} (x^2 - x + 1) dx + \int_{1}^{2} (x^2 + x - 1) dx

Calculamos la primera integral:

∫01(x2−x+1)dx=[x33−x22+x]01\int_{0}^{1} (x^2 - x + 1) dx = \left[ \frac{x^3}{3} - \frac{x^2}{2} + x \right]_{0}^{1}
=(133−122+1)−(033−022+0)= \left( \frac{1^3}{3} - \frac{1^2}{2} + 1 \right) - \left( \frac{0^3}{3} - \frac{0^2}{2} + 0 \right)
=13−12+1=2−3+66=56= \frac{1}{3} - \frac{1}{2} + 1 = \frac{2 - 3 + 6}{6} = \frac{5}{6}

Calculamos la segunda integral:

∫12(x2+x−1)dx=[x33+x22−x]12\int_{1}^{2} (x^2 + x - 1) dx = \left[ \frac{x^3}{3} + \frac{x^2}{2} - x \right]_{1}^{2}
=(233+222−2)−(133+122−1)= \left( \frac{2^3}{3} + \frac{2^2}{2} - 2 \right) - \left( \frac{1^3}{3} + \frac{1^2}{2} - 1 \right)
=(83+2−2)−(13+12−1)= \left( \frac{8}{3} + 2 - 2 \right) - \left( \frac{1}{3} + \frac{1}{2} - 1 \right)
=83−(2+3−66)=83−(−16)= \frac{8}{3} - \left( \frac{2 + 3 - 6}{6} \right) = \frac{8}{3} - \left( \frac{-1}{6} \right)
=83+16=166+16=176= \frac{8}{3} + \frac{1}{6} = \frac{16}{6} + \frac{1}{6} = \frac{17}{6}

Sumamos los resultados de ambas integrales:

∫02f(x)dx=56+176=226=113\int_{0}^{2} f(x) dx = \frac{5}{6} + \frac{17}{6} = \frac{22}{6} = \frac{11}{3}