La función f(x)=x2+∣x−1∣ se puede expresar como una función a trozos debido al valor absoluto. Analizamos el signo de (x−1):Si x−1≥0, es decir, x≥1, entonces ∣x−1∣=x−1. La función es f(x)=x2+(x−1)=x2+x−1.Si x−1<0, es decir, x<1, entonces ∣x−1∣=−(x−1)=1−x. La función es f(x)=x2+(1−x)=x2−x+1.Por lo tanto, la función f(x) se define como:
f(x)={x2−x+1x2+x−1si x<1si x≥1 a) Determina los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de f.Para determinar los intervalos de crecimiento y decrecimiento, calculamos la primera derivada de la función f(x):
f′(x)={2x−12x+1si x<1si x>1 La función f(x) es continua en x=1, ya que limx→1−(x2−x+1)=1−1+1=1 y limx→1+(x2+x−1)=1+1−1=1. Sin embargo, la derivada no es continua en x=1 porque f′(1−)=2(1)−1=1 y f′(1+)=2(1)+1=3. Por lo tanto, x=1 es un punto crítico.Buscamos los puntos críticos igualando f′(x)=0 en cada tramo:Para x<1: 2x−1=0⟹x=1/2. Este punto se encuentra en el intervalo.Para x>1: 2x+1=0⟹x=−1/2. Este punto no se encuentra en el intervalo x>1, por lo que no es un punto crítico en esta rama.Los puntos a considerar para el estudio del signo de f′(x) son x=1/2 y x=1. Dividimos la recta real en intervalos:1. Intervalo (−∞,1/2) (usando f′(x)=2x−1): Tomamos x=0, f′(0)=−1<0. La función es decreciente.2. Intervalo (1/2,1) (usando f′(x)=2x−1): Tomamos x=0.75, f′(0.75)=2(0.75)−1=1.5−1=0.5>0. La función es creciente.3. Intervalo (1,∞) (usando f′(x)=2x+1): Tomamos x=2, f′(2)=2(2)+1=5>0. La función es creciente.Conclusión:La función f(x) es decreciente en el intervalo (−∞,1/2].La función f(x) es creciente en el intervalo [1/2,∞).
b) Calcula ∫02f(x)dx.Para calcular la integral, debemos dividirla en dos partes debido a la definición de f(x) a trozos en x=1:
∫02f(x)dx=∫01(x2−x+1)dx+∫12(x2+x−1)dx Calculamos la primera integral:
∫01(x2−x+1)dx=[3x3−2x2+x]01 =(313−212+1)−(303−202+0) =31−21+1=62−3+6=65 Calculamos la segunda integral:
∫12(x2+x−1)dx=[3x3+2x2−x]12 =(323+222−2)−(313+212−1) =(38+2−2)−(31+21−1) =38−(62+3−6)=38−(6−1) =38+61=616+61=617 Sumamos los resultados de ambas integrales:
∫02f(x)dx=65+617=622=311