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Derivadas y áreas
Problema
2020 · Ordinaria · Titular
4
Examen
a) Calcule la derivada de las siguientes funciones: f(x)=(5+x2)2e3xg(x)=ln(x35x)1x2f(x) = (-5 + x^2)^2 \cdot e^{3x} \quad g(x) = \frac{\ln(x^3 - 5x)}{1 - x^2}b) Calcule el área del recinto acotado por la gráfica de h(x)=x2+2x+3h(x) = -x^2 + 2x + 3 y el eje de abscisas.
Cálculo de derivadasIntegral definidaÁrea bajo la curva
a) Calcule la derivada de las siguientes funciones: f(x)=(5+x2)2e3xf(x) = (-5 + x^2)^2 \cdot e^{3x} y g(x)=ln(x35x)1x2g(x) = \frac{\ln(x^3 - 5x)}{1 - x^2}

Para derivar la función f(x)f(x), aplicamos la regla del producto (uv)=uv+uv(u \cdot v)' = u'v + uv' y la regla de la cadena para la potencia y la exponencial:

f(x)=2(5+x2)(2x)e3x+(5+x2)2e3x3f'(x) = 2(-5 + x^2) \cdot (2x) \cdot e^{3x} + (-5 + x^2)^2 \cdot e^{3x} \cdot 3

Factorizando la expresión resultante para simplificarla:

f(x)=e3x(5+x2)[4x+3(5+x2)]=e3x(x25)(3x2+4x15)f'(x) = e^{3x}(-5 + x^2) [4x + 3(-5 + x^2)] = e^{3x}(x^2 - 5)(3x^2 + 4x - 15)

Para la función g(x)g(x), aplicamos la regla del cociente (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2}:

g(x)=3x25x35x(1x2)ln(x35x)(2x)(1x2)2g'(x) = \frac{\frac{3x^2 - 5}{x^3 - 5x} \cdot (1 - x^2) - \ln(x^3 - 5x) \cdot (-2x)}{(1 - x^2)^2}

Operando en el numerador para obtener una única fracción:

g(x)=(3x25)(1x2)+2x(x35x)ln(x35x)(x35x)(1x2)2g'(x) = \frac{(3x^2 - 5)(1 - x^2) + 2x(x^3 - 5x)\ln(x^3 - 5x)}{(x^3 - 5x)(1 - x^2)^2}
b) Calcule el área del recinto acotado por la gráfica de h(x)=x2+2x+3h(x) = -x^2 + 2x + 3 y el eje de abscisas.

Primero determinamos los puntos de corte de la parábola con el eje XX resolviendo la ecuación h(x)=0h(x) = 0:

x2+2x+3=0    x=2±224(1)(3)2(1)=2±42-x^2 + 2x + 3 = 0 \implies x = \frac{-2 \pm \sqrt{2^2 - 4(-1)(3)}}{2(-1)} = \frac{-2 \pm 4}{-2}

Obtenemos los límites de integración x=1x = -1 y x=3x = 3. El área viene dada por la integral definida de la función en dicho intervalo:

A=13(x2+2x+3)dxA = \int_{-1}^{3} (-x^2 + 2x + 3) dx

Calculamos la primitiva y aplicamos la regla de Barrow:

A=[x33+x2+3x]13A = \left[ -\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x \right]_{-1}^{3}
A=(333+32+3(3))((1)33+(1)2+3(1))A = \left( -\frac{3^3}{3} + 3^2 + 3(3) \right) - \left( -\frac{(-1)^3}{3} + (-1)^2 + 3(-1) \right)
A=(9+9+9)(13+13)=9(53)=323 u2A = (-9 + 9 + 9) - \left( \frac{1}{3} + 1 - 3 \right) = 9 - \left( -\frac{5}{3} \right) = \frac{32}{3} \text{ u}^2