a) Calcule a y b para que la función f sea continua y derivable.Para que la función sea continua, debe serlo en el punto x=1. Esto implica que el límite de la función por la izquierda debe ser igual al límite por la derecha y al valor de la función en x=1.
limx→1−f(x)=a(1)2+b(1)+2=a+b+2 limx→1+f(x)=1+14=24=2 Igualando ambos límites obtenemos la primera ecuación:
a+b+2=2⟹a+b=0(1) Para que la función sea derivable, debe serlo en x=1. Primero, calculamos las derivadas de cada rama:
f′(x)={2ax+b−(x+1)24si x<1si x>1 Para que sea derivable en x=1, las derivadas laterales deben ser iguales:
limx→1−f′(x)=2a(1)+b=2a+b limx→1+f′(x)=−(1+1)24=−44=−1 Igualando las derivadas laterales obtenemos la segunda ecuación:
2a+b=−1(2) Ahora resolvemos el sistema de ecuaciones:
{a+b=02a+b=−1 De la ecuación (1), despejamos b: b=−a. Sustituimos en la ecuación (2):
2a + (-a) = -1 \implies a = -1
Sustituyendo a=−1 en b=−a: b=−(−1)=1.Los valores son a=−1 y b=1.
b) Para a=−1 y b=1, realice un esbozo de la gráfica de la función f.Con a=−1 y b=1, la función es:
f(x)={−x2+x+2x+14si x≤1si x>1 Para x≤1, la función es una parábola y=−x2+x+2. Es una parábola que abre hacia abajo. * Vértice: xv=−2(−1)1=21. f(21)=−(21)2+21+2=−41+21+2=4−1+2+8=49=2.25. El vértice es (21,49). * Puntos de corte con el eje OX (y=0): −x2+x+2=0⟹x2−x−2=0⟹(x−2)(x+1)=0. Las raíces son x=2 y x=−1. Para x≤1, el punto de corte es (−1,0). * Punto en x=1: f(1)=−(1)2+1+2=2. El punto es (1,2).Para x>1, la función es y=x+14. Es una hipérbola. * Asíntota horizontal: y=0 (eje OX) cuando x→∞. * Punto en x=1 (límite por la derecha): limx→1+x+14=24=2. El punto es (1,2). * Algunos puntos adicionales: f(3)=3+14=1⟹(3,1); f(7)=7+14=0.5⟹(7,0.5).El esbozo de la gráfica comenzaría en x=−1 en el eje X, subiendo hasta el vértice (21,49), y luego bajando suavemente hasta el punto (1,2). A partir de este punto, la gráfica de la hipérbola continuaría decreciendo suavemente hacia el eje X sin tocarlo.
c) Para a=−1 y b=1, halle el área del recinto acotado, limitado por la gráfica de f, la recta x=1 y el eje OX.El recinto acotado está limitado por la función f(x)=−x2+x+2 (ya que la recta x=1 y el eje OX limitan la región para x≤1), la recta x=1 y el eje OX (y=0).Necesitamos encontrar los puntos de corte de f(x) con el eje OX. Ya los calculamos en el apartado anterior: x=−1 y x=2. Dado que la región está limitada por x=1, el intervalo de integración para la parábola será desde x=−1 hasta x=1.En el intervalo [−1,1], la función f(x)=−x2+x+2 es positiva, por lo que el área se calcula mediante la integral definida:
A=∫−11(−x2+x+2)dx Resolvemos la integral:
A=[−3x3+2x2+2x]−11 A=(−3(1)3+2(1)2+2(1))−(−3(−1)3+2(−1)2+2(−1)) A=(−31+21+2)−(−3−1+21−2) A=(−31+21+2)−(31+21−2) A=(6−2+3+12)−(62+3−12) A=613−(−67) A=613+67=620=310 El área del recinto acotado es 310 unidades cuadradas.