a) Esboza el recinto limitado por la gráfica de f y las rectas x=2, y=x.Para esbozar el recinto, analizamos las funciones dadas:1. La función f(x)=xex: - Intersección con el eje y: f(0)=0⋅e0=0. Pasa por el origen (0,0).
- Derivada primera: f′(x)=1⋅ex+x⋅ex=ex(1+x). Para x∈[0,+∞), f′(x)>0, lo que implica que f(x) es estrictamente creciente en su dominio.
- Derivada segunda: f′′(x)=ex(1+x)+ex(1)=ex(2+x). Para x∈[0,+∞), f′′(x)>0, lo que implica que f(x) es convexa (cóncava hacia arriba) en su dominio.2. La recta y=x: Pasa por el origen (0,0) y tiene pendiente 1.3. La recta x=2: Es una línea vertical en x=2.Comparación de f(x) con y=x: Para x>0, ex>1. Por lo tanto, f(x)=xex>x⋅1=x. Esto significa que f(x) siempre está por encima de la recta y=x para x>0. Ambas funciones se intersecan en x=0.El recinto limitado está formado por la región entre la gráfica de f(x) (la función superior) y la recta y=x (la función inferior), desde x=0 hasta x=2. El esbozo mostraría la recta y=x partiendo del origen, la curva f(x) partiendo también del origen y creciendo más rápidamente que y=x, y la línea vertical x=2 que cierra la región por la derecha.
b) Determina el área del recinto anterior.El área del recinto se calcula integrando la diferencia entre la función superior y la función inferior en el intervalo [0,2]. Como hemos determinado en el apartado anterior, f(x)=xex está por encima de y=x en el intervalo (0,2]. Por lo tanto, el área A viene dada por la integral:
A=∫02(f(x)−x)dx=∫02(xex−x)dx Resolvemos la integral por partes para ∫xexdx:
Sea u=x⟹du=dxSea dv=exdx⟹v=ex ∫xexdx=uv−∫vdu=xex−∫exdx=xex−ex=ex(x−1) Ahora, evaluamos la integral definida:
A=[ex(x−1)−2x2]02 A=(e2(2−1)−222)−(e0(0−1)−202) A=(e2(1)−24)−(1(−1)−0) A=(e2−2)−(−1) A=e2−2+1 El área del recinto es e2−1 unidades cuadradas.