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Cálculo integral y áreas
Problema
2024 · Ordinaria · Suplente
3
Examen

La superficie de ampliación de un parque de atracciones, en decámetros cuadrados, coincide con el área de la región delimitada por las gráficas de las funciones f(x)=x2+6xf(x) = -x^2 + 6x y g(x)=x25g(x) = \frac{x^2}{5}.

a) Represente gráficamente la superficie de ampliación del parque de atracciones.b) Si el coste para acondicionar el nuevo suelo es de 75 €/m2m^2, calcule el área de ampliación del parque y el coste total del acondicionamiento.
IntegralesÁreasFunciones cuadráticas
a) Represente gráficamente la superficie de ampliación del parque de atracciones.

Las funciones dadas son f(x)=x2+6xf(x) = -x^2 + 6x y g(x)=x25g(x) = \frac{x^2}{5}. Ambas son parábolas. La función f(x)f(x) es una parábola que se abre hacia abajo (coeficiente de x2x^2 negativo), y g(x)g(x) es una parábola que se abre hacia arriba (coeficiente de x2x^2 positivo).Para determinar la región delimitada, primero encontramos los puntos de intersección igualando ambas funciones:

x2+6x=x25-x^2 + 6x = \frac{x^2}{5}
5x2+30x=x2-5x^2 + 30x = x^2
6x230x=06x^2 - 30x = 0
6x(x5)=06x(x - 5) = 0

Los puntos de intersección ocurren en x=0x = 0 y x=5x = 5. Los puntos son (0,0)(0, 0) y (5,5)(5, 5), ya que f(5)=52+6(5)=25+30=5f(5) = -5^2 + 6(5) = -25 + 30 = 5 y g(5)=525=255=5g(5) = \frac{5^2}{5} = \frac{25}{5} = 5.Para determinar qué función está por encima de la otra en el intervalo [0,5][0, 5], podemos probar un valor intermedio, por ejemplo x=1x = 1:

f(1)=12+6(1)=5f(1) = -1^2 + 6(1) = 5
g(1)=125=15=0.2g(1) = \frac{1^2}{5} = \frac{1}{5} = 0.2

Dado que f(1)>g(1)f(1) > g(1), la función f(x)f(x) se encuentra por encima de g(x)g(x) en el intervalo [0,5][0, 5]. La superficie de ampliación es la región comprendida entre ambas parábolas desde x=0x=0 hasta x=5x=5. Gráficamente, se vería la parábola f(x)f(x) abriéndose hacia abajo desde (0,0)(0,0) pasando por (5,5)(5,5) y la parábola g(x)g(x) abriéndose hacia arriba desde (0,0)(0,0) pasando por (5,5)(5,5), delimitando el área entre ellas.

b) Si el coste para acondicionar el nuevo suelo es de 75 €/m2m^2, calcule el área de ampliación del parque y el coste total del acondicionamiento.

El área de ampliación se calcula mediante la integral definida de la diferencia de las funciones en el intervalo de intersección, donde la función superior es f(x)f(x) y la inferior es g(x)g(x):

Aˊrea=05(f(x)g(x))dx\text{Área} = \int_{0}^{5} (f(x) - g(x)) dx
Aˊrea=05((x2+6x)x25)dx\text{Área} = \int_{0}^{5} ((-x^2 + 6x) - \frac{x^2}{5}) dx
Aˊrea=05(x2x25+6x)dx\text{Área} = \int_{0}^{5} (-x^2 - \frac{x^2}{5} + 6x) dx
Aˊrea=05(5x25x25+6x)dx\text{Área} = \int_{0}^{5} (-\frac{5x^2}{5} - \frac{x^2}{5} + 6x) dx
Aˊrea=05(65x2+6x)dx\text{Área} = \int_{0}^{5} (-\frac{6}{5}x^2 + 6x) dx

Ahora, integramos:

Aˊrea=[65x33+6x22]05\text{Área} = \left[ -\frac{6}{5} \frac{x^3}{3} + 6 \frac{x^2}{2} \right]_{0}^{5}
Aˊrea=[25x3+3x2]05\text{Área} = \left[ -\frac{2}{5}x^3 + 3x^2 \right]_{0}^{5}

Evaluamos la integral en los límites:

Aˊrea=(25(5)3+3(5)2)(25(0)3+3(0)2)\text{Área} = \left( -\frac{2}{5}(5)^3 + 3(5)^2 \right) - \left( -\frac{2}{5}(0)^3 + 3(0)^2 \right)
Aˊrea=(25(125)+3(25))(0)\text{Área} = \left( -\frac{2}{5}(125) + 3(25) \right) - (0)
Aˊrea=(225+75)\text{Área} = (-2 \cdot 25 + 75)
Aˊrea=50+75=25\text{Área} = -50 + 75 = 25

El área de ampliación del parque es de 25 dam225 \text{ dam}^2.Para calcular el coste total, primero convertimos el área de decámetros cuadrados (dam2dam^2) a metros cuadrados (m2m^2), sabiendo que 1 dam=10 m1 \text{ dam} = 10 \text{ m} y, por tanto, 1 dam2=(10 m)2=100 m21 \text{ dam}^2 = (10 \text{ m})^2 = 100 \text{ m}^2:

Aˊrea en m2=25 dam2×100m2dam2=2500 m2\text{Área en m}^2 = 25 \text{ dam}^2 \times 100 \frac{\text{m}^2}{\text{dam}^2} = 2500 \text{ m}^2

Finalmente, calculamos el coste total multiplicando el área en metros cuadrados por el coste por metro cuadrado:

Coste total=2500 m2×75eurosm2\text{Coste total} = 2500 \text{ m}^2 \times 75 \frac{\,\text{euros}}{\text{m}^2}
Coste total=187500 euros\text{Coste total} = 187500 \text{ \,\text{euros}}

El coste total del acondicionamiento es de 187500 euros187500 \text{ \,\text{euros}}.