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Derivadas y aplicaciones
Problema
2021 · Extraordinaria · Suplente
4
Examen
a) Sea ff una función de la que sabemos que la gráfica de su derivada, ff', es una parábola con vértice en el punto (0,8)(0, 8) que corta al eje de abscisas en los puntos (4,0)(-4, 0) y (4,0)(4, 0).1. Dibuje la gráfica de ff'.2. A partir de dicha gráfica, halle los intervalos de crecimiento y decrecimiento de ff, así como las abscisas de los extremos relativos de ff.3. Sabiendo que la gráfica de ff pasa por el origen de coordenadas, calcule la recta tangente a la gráfica de ff en el punto de abscisa x=0x = 0.b) Calcule la derivada de la función g(x)=(3+x2)e2x1g(x) = (-3 + x^2) \cdot e^{2x - 1}
DerivadaRecta tangenteCrecimiento y decrecimiento
a)1. Dibuje la gráfica de ff'.

La gráfica de ff' es una parábola cóncava hacia abajo, ya que tiene un vértice en (0,8)(0, 8) y corta al eje de abscisas en (4,0)(-4, 0) y (4,0)(4, 0). Esto significa que su punto máximo es (0,8)(0, 8). Es simétrica respecto al eje yy.

2. A partir de dicha gráfica, halle los intervalos de crecimiento y decrecimiento de ff, así como las abscisas de los extremos relativos de ff.

La función ff es creciente cuando su derivada f(x)>0f'(x) > 0. Observando la parábola de ff', los valores de f(x)f'(x) son positivos entre sus raíces, es decir, para x(4,4)x \in (-4, 4).La función ff es decreciente cuando su derivada f(x)<0f'(x) < 0. Los valores de f(x)f'(x) son negativos fuera de sus raíces, es decir, para x(,4)(4,)x \in (-\infty, -4) \cup (4, \infty).Los extremos relativos de ff ocurren donde f(x)=0f'(x) = 0 y cambia de signo. Esto sucede en x=4x = -4 y en x=4x = 4.En x=4x = -4, ff' cambia de signo negativo a positivo, lo que indica un mínimo relativo para ff.En x=4x = 4, ff' cambia de signo positivo a negativo, lo que indica un máximo relativo para ff.

3. Sabiendo que la gráfica de ff pasa por el origen de coordenadas, calcule la recta tangente a la gráfica de ff en el punto de abscisa x=0x = 0.

La ecuación de una parábola con raíces x1x_1 y x2x_2 es y=a(xx1)(xx2)y = a(x - x_1)(x - x_2). Dado que las raíces de ff' son 4-4 y 44, su ecuación es f(x)=a(x(4))(x4)=a(x216)f'(x) = a(x - (-4))(x - 4) = a(x^2 - 16).Sabemos que el vértice de ff' está en (0,8)(0, 8), lo que significa que f(0)=8f'(0) = 8. Sustituyendo en la ecuación:

a(0216)=8    16a=8    a=12a(0^2 - 16) = 8 \implies -16a = 8 \implies a = -\frac{1}{2}

Por lo tanto, la ecuación de la derivada es f(x)=12(x216)=12x2+8f'(x) = -\frac{1}{2}(x^2 - 16) = -\frac{1}{2}x^2 + 8.Para la recta tangente a la gráfica de ff en x=0x = 0, necesitamos un punto (x0,y0)(x_0, y_0) y la pendiente mm.El punto de tangencia es (0,f(0))(0, f(0)). Como la gráfica de ff pasa por el origen de coordenadas, f(0)=0f(0) = 0. Así, el punto es (0,0)(0, 0).La pendiente de la recta tangente en x=0x = 0 es f(0)f'(0).

m=f(0)=12(0)2+8=8m = f'(0) = -\frac{1}{2}(0)^2 + 8 = 8

La ecuación de la recta tangente es yy0=m(xx0)y - y_0 = m(x - x_0):

y0=8(x0)    y=8xy - 0 = 8(x - 0) \implies y = 8x
b) Calcule la derivada de la función g(x)=(3+x2)e2x1g(x) = (-3 + x^2) \cdot e^{2x - 1}.

Usamos la regla del producto para derivar: (uv)=uv+uv(u \cdot v)' = u'v + uv'. Aquí, u=3+x2u = -3 + x^2 y v=e2x1v = e^{2x - 1}.

u=2xu' = 2x
v=e2x1(2x1)=e2x12=2e2x1v' = e^{2x - 1} \cdot (2x - 1)' = e^{2x - 1} \cdot 2 = 2e^{2x - 1}

Ahora aplicamos la fórmula:

g(x)=(2x)e2x1+(3+x2)(2e2x1)g'(x) = (2x) \cdot e^{2x - 1} + (-3 + x^2) \cdot (2e^{2x - 1})

Factorizamos e2x1e^{2x - 1}:

g(x)=e2x1[2x+2(3+x2)]g'(x) = e^{2x - 1} [2x + 2(-3 + x^2)]
g(x)=e2x1[2x6+2x2]g'(x) = e^{2x - 1} [2x - 6 + 2x^2]

Reordenando los términos dentro del corchete:

g(x)=e2x1(2x2+2x6)g'(x) = e^{2x - 1} (2x^2 + 2x - 6)