a) Estudie la continuidad y la derivabilidad de f y g en sus dominios.Estudio de la función $f(x)$
La función f(x) está definida a trozos en el dominio [−1,3]:
f(x)={2−x2(x−2)2sisi−1≤x≤11<x≤3 Continuidad de $f(x)$
Los trozos de la función f(x) son polinomios, por lo que son continuos en sus respectivos intervalos abiertos. Solo es necesario estudiar la continuidad en el punto de unión, x=1.Calculamos los límites laterales y el valor de la función en x=1:
limx→1−f(x)=limx→1−(2−x2)=2−(1)2=1 limx→1+f(x)=limx→1+(x−2)2=(1−2)2=(−1)2=1 f(1)=2−(1)2=1 Como los límites laterales y el valor de la función coinciden en x=1 (1=1=1), la función f(x) es continua en x=1. Por lo tanto, f(x) es continua en todo su dominio [−1,3].
Derivabilidad de $f(x)$
Calculamos las derivadas de cada trozo:
f′(x)={−2x2(x−2)sisi−1<x<11<x<3 Estudiamos la derivabilidad en el punto de unión x=1.
limx→1−f′(x)=−2(1)=−2 limx→1+f′(x)=2(1−2)=2(−1)=−2 Como las derivadas laterales coinciden en x=1 (−2=−2), la función f(x) es derivable en x=1. Por lo tanto, f(x) es derivable en el intervalo abierto (−1,3).
Estudio de la función $g(x)$
La función g(x) es g(x)=1 para −1≤x≤3.
Continuidad de $g(x)$
La función g(x) es una función constante, que es un tipo de función polinómica. Por lo tanto, es continua en todo su dominio [−1,3].
Derivabilidad de $g(x)$
La derivada de una función constante es cero.
g′(x)=0si−1<x<3 Por lo tanto, g(x) es derivable en el intervalo abierto (−1,3).
b) Represente el recinto limitado por las gráficas de ambas funciones y calcule su área.Representación del recinto
La función g(x)=1 es una recta horizontal.Para f(x):En [−1,1], f(x)=2−x2 es una parábola con vértice en (0,2) y pasa por f(−1)=1 y f(1)=1. En este intervalo, f(x)≥g(x).En (1,3], f(x)=(x−2)2 es una parábola con vértice en (2,0) y pasa por f(1)=1 y f(3)=1. En este intervalo, g(x)≥f(x).Las funciones se intersecan en x=−1,x=1,x=3. No se puede incluir una imagen aquí, pero la descripción permite visualizar el recinto.
Cálculo del área
El área total se divide en dos partes, una donde f(x)≥g(x) y otra donde g(x)≥f(x).Área A1 en el intervalo [−1,1]:
A1=∫−11(f(x)−g(x))dx=∫−11((2−x2)−1)dx=∫−11(1−x2)dx A1=[x−3x3]−11=(1−313)−(−1−3(−1)3) A1=(1−31)−(−1+31)=32−(−32)=34 Área A2 en el intervalo [1,3]:
A2=∫13(g(x)−f(x))dx=∫13(1−(x−2)2)dx A2=∫13(1−(x2−4x+4))dx=∫13(−x2+4x−3)dx A2=[−3x3+2x2−3x]13 A2=(−333+2(32)−3(3))−(−313+2(12)−3(1)) A2=(−327+18−9)−(−31+2−3) A2=(−9+18−9)−(−31−1)=0−(−34)=34 El área total del recinto es la suma de A1 y A2:
A=A1+A2=34+34=38 unidades cuadradas