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Derivadas e integrales
Problema
2023 · Ordinaria · Reserva
4
Examen

Considera la función f:RRf : \mathbb{R} \to \mathbb{R} definida por f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1.

a) Determina el punto de la gráfica de ff en el que la recta tangente es y=4x3y = 4x - 3.b) Haz un esbozo del recinto limitado por la gráfica de ff, la recta y=4x3y = 4x - 3 y el eje de ordenadas. Calcula el área del recinto indicado.
Recta tangenteÁreasRegla de Barrow
Resolución del ejercicio de tangencias e integración
a) Determina el punto de la gráfica de ff en el que la recta tangente es y=4x3y = 4x - 3.

La pendiente de la recta tangente a la gráfica de una función f(x)f(x) en un punto de abscisa x0x_0 es igual al valor de la derivada en dicho punto, f(x0)f'(x_0). La recta dada y=4x3y = 4x - 3 tiene una pendiente m=4m = 4.Calculamos la derivada de la función f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1 e igualamos su valor a la pendiente de la recta:

f(x)=2xf'(x) = 2x
2x=4    x=22x = 4 \implies x = 2

Para obtener la ordenada del punto, sustituimos x=2x = 2 en la función original:

f(2)=22+1=5f(2) = 2^2 + 1 = 5

El punto de la gráfica donde la recta tangente es la indicada es P(2,5)P(2, 5).

b) Haz un esbozo del recinto limitado por la gráfica de ff, la recta y=4x3y = 4x - 3 y el eje de ordenadas. Calcula el área del recinto indicado.

Para el esbozo, consideramos que la función f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1 es una parábola con vértice en (0,1)(0, 1) y abierta hacia arriba. La recta y=4x3y = 4x - 3 interseca al eje de ordenadas en (0,3)(0, -3) y es tangente a la parábola en (2,5)(2, 5). El recinto queda acotado superiormente por la parábola e inferiormente por la recta, desde x=0x = 0 hasta x=2x = 2.Planteamos la integral definida para calcular el área entre las dos funciones en el intervalo [0,2][0, 2]:

A=02[f(x)(4x3)]dxA = \int_{0}^{2} [f(x) - (4x - 3)] dx
A=02(x2+14x+3)dx=02(x24x+4)dxA = \int_{0}^{2} (x^2 + 1 - 4x + 3) dx = \int_{0}^{2} (x^2 - 4x + 4) dx

Hallamos la primitiva y aplicamos la Regla de Barrow:

A=[racx332x2+4x]02A = \left[ rac{x^3}{3} - 2x^2 + 4x \right]_{0}^{2}
A=(rac2332(22)+4(2))(rac0332(02)+4(0))A = \left( rac{2^3}{3} - 2(2^2) + 4(2) \right) - \left( rac{0^3}{3} - 2(0^2) + 4(0) \right)
A=rac838+8=rac83 u2A = rac{8}{3} - 8 + 8 = rac{8}{3} \text{ u}^2

El área del recinto limitado es de rac83rac{8}{3} unidades cuadradas.