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Primitivas
Problema
2023 · Extraordinaria · Reserva
3A
Examen

Sabiendo que F:RRF : \mathbb{R} \to \mathbb{R} definida por F(x)=ex2F(x) = e^{x^2} es una primitiva de ff.

a) Comprueba que ff es creciente.b) Calcula el área del recinto limitado por la gráfica de la función ff, el eje de abscisas y la recta x=1x = 1.
PrimitivasCrecimientoÁrea
a) Comprueba que ff es creciente.

Puesto que F(x)=ex2F(x) = e^{x^2} es una primitiva de f(x)f(x), por definición se cumple que f(x)=F(x)f(x) = F'(x). Calculamos la derivada de F(x)F(x) utilizando la regla de la cadena:

f(x)=F(x)=ex2racddx(x2)=2xex2f(x) = F'(x) = e^{x^2} \cdot rac{d}{dx}(x^2) = 2x e^{x^2}

Para comprobar que ff es creciente, calculamos su derivada f(x)f'(x) y estudiamos su signo:

f(x)=racddx(2xex2)=2ex2+2x(ex22x)=2ex2+4x2ex2=2ex2(1+2x2)f'(x) = rac{d}{dx}(2x e^{x^2}) = 2 e^{x^2} + 2x(e^{x^2} \cdot 2x) = 2e^{x^2} + 4x^2 e^{x^2} = 2e^{x^2}(1 + 2x^2)

Analizando la expresión resultante, observamos que para cualquier xRx \in \mathbb{R}:1. La función exponencial ex2e^{x^2} es siempre estrictamente positiva: ex2>0e^{x^2} > 0. 2. El término (1+2x2)(1 + 2x^2) es siempre mayor o igual a 1, por lo tanto, es positivo: 1+2x2>01 + 2x^2 > 0.Dado que el producto de factores positivos es positivo, tenemos que f(x)>0f'(x) > 0 para todo xRx \in \mathbb{R}. Por consiguiente, la función ff es estrictamente creciente en todo su dominio.

b) Calcula el área del recinto limitado por la gráfica de la función ff, el eje de abscisas y la recta x=1x = 1.

El recinto está limitado por la función f(x)=2xex2f(x) = 2x e^{x^2}, el eje de abscisas (y=0y = 0) y la recta vertical x=1x = 1. Para determinar los límites de integración, buscamos los puntos de corte de f(x)f(x) con el eje OXOX:

2xex2=0    x=02x e^{x^2} = 0 \implies x = 0

El intervalo de integración es [0,1][0, 1]. En este intervalo, x0x \ge 0 y ex2>0e^{x^2} > 0, por lo que f(x)0f(x) \ge 0. El área AA se calcula mediante la integral definida:

A=01f(x)dx=012xex2dxA = \int_{0}^{1} f(x) \, dx = \int_{0}^{1} 2x e^{x^2} \, dx

Haciendo uso de que F(x)=ex2F(x) = e^{x^2} es la primitiva de f(x)f(x), aplicamos la Regla de Barrow:

A=[ex2]01=e12e02=e1A = [e^{x^2}]_{0}^{1} = e^{1^2} - e^{0^2} = e - 1

Por lo tanto, el área del recinto es e1 unidades de superficie1,718 u2e - 1 \text{ unidades de superficie} \approx 1,718 \text{ u}^2.