a) Halle a y b para que la función sea continua en todo su dominio. Para esos valores de a y b, ¿es f derivable en x=−1? ¿Y en x=1?b) Para a=−1 y b=4, estudie la monotonía de la función f.c) Para a=−1 y b=4, calcule ∫12f(x)dx.
ContinuidadDerivabilidadIntegral definida+1
Resolución de la función definida a trozos
a) Halle a y b para que la función sea continua en todo su dominio. Para esos valores de a y b, ¿es f derivable en x=−1? ¿Y en x=1?
Para que la función sea continua en todo su dominio, debe ser continua en los puntos de cambio de definición, x=−1 y x=1. Estudiamos primero la continuidad en x=−1:
limx→−1−f(x)=limx→−1−(ax+21)=−a+21
limx→−1+f(x)=limx→−1+x+3x+1=20=0
Igualando los límites laterales para que exista el límite y coincida con f(−1): −a+21=0⟹a=21.Ahora estudiamos la continuidad en x=1:
limx→1−f(x)=limx→1−x+3x+1=42=21
limx→1+f(x)=limx→1+(x2−bx)=1−b
Igualando los límites: 1−b=21⟹b=21.Para estudiar la derivabilidad, calculamos la derivada de la función en los intervalos abiertos con a=21 y b=21:
En x=−1: f′(−1−)=21 y f′(−1+)=(−1+3)22=42=21. Como f′(−1−)=f′(−1+), la función es derivable en x=−1.En x=1: f′(1−)=(1+3)22=162=81 y f′(1+)=2(1)−21=23. Como f′(1−)=f′(1+), la función no es derivable en x=1.
b) Para a=−1 y b=4, estudie la monotonía de la función f.
Calculamos la derivada para los valores dados:
f′(x)=⎩⎨⎧−1(x+3)222x−4si x<−1si −1<x<1si x>1
Analizamos el signo de la derivada en cada tramo:En (−∞,−1), f′(x)=−1<0, por lo que la función es estrictamente decreciente.En (−1,1), f′(x)=(x+3)22>0, por lo que la función es estrictamente creciente.En (1,∞), f′(x)=2x−4. Igualando a cero, 2x−4=0⟹x=2. En el intervalo (1,2), f′(x)<0 (decreciente), y en (2,∞), f′(x)>0 (creciente).
c) Para a=−1 y b=4, calcule ∫12f(x)dx.
En el intervalo [1,2], la función está definida por f(x)=x2−4x: