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Derivadas y Rectas Tangentes
Problema
2020 · Extraordinaria · Suplente
3
Examen
a) Calcule la función derivada de cada una de las siguientes funciones:
f(x)=ln(3x23)+12xx+2g(x)=2ex3+x2(3x+4)3f(x) = \ln(3x^2 - 3) + \frac{1 - 2x}{x + 2} \quad \quad g(x) = 2e^{x^3} + x^2(3x + 4)^3
b) Calcule las ecuaciones de las rectas tangentes a las gráficas de las funciones h(x)=x2+1h(x) = x^2 + 1 y p(x)=x1x+1p(x) = \frac{x - 1}{x + 1}, en el punto de abscisa x=1x = 1. ¿En qué punto se cortan ambas rectas?
DerivaciónRecta TangenteContinuidad
a) Calcule la función derivada de cada una de las siguientes funciones: f(x)=ln(3x23)+12xx+2g(x)=2ex3+x2(3x+4)3f(x) = \ln(3x^2 - 3) + \frac{1 - 2x}{x + 2} \quad \quad g(x) = 2e^{x^3} + x^2(3x + 4)^3

Para la función f(x)f(x), derivamos el término logarítmico mediante la regla de la cadena y la fracción mediante la regla del cociente:

f(x)=6x3x23+2(x+2)(12x)(1)(x+2)2f'(x) = \frac{6x}{3x^2 - 3} + \frac{-2(x + 2) - (1 - 2x)(1)}{(x + 2)^2}

Simplificamos el primer término dividiendo numerador y denominador entre 33, y el segundo término operando en el numerador:

f(x)=2xx21+2x41+2x(x+2)2f'(x) = \frac{2x}{x^2 - 1} + \frac{-2x - 4 - 1 + 2x}{(x + 2)^2}
f(x)=2xx215(x+2)2f'(x) = \frac{2x}{x^2 - 1} - \frac{5}{(x + 2)^2}

Para la función g(x)g(x), aplicamos la regla de la cadena en el primer sumando y la regla del producto en el segundo:

g(x)=2ex33x2+[2x(3x+4)3+x23(3x+4)23]g'(x) = 2e^{x^3} \cdot 3x^2 + \left[ 2x(3x + 4)^3 + x^2 \cdot 3(3x + 4)^2 \cdot 3 \right]

Simplificamos y extraemos factor común para obtener la expresión final:

g(x)=6x2ex3+2x(3x+4)3+9x2(3x+4)2g'(x) = 6x^2 e^{x^3} + 2x(3x + 4)^3 + 9x^2(3x + 4)^2
g(x)=6x2ex3+x(3x+4)2[2(3x+4)+9x]g'(x) = 6x^2 e^{x^3} + x(3x + 4)^2 \left[ 2(3x + 4) + 9x \right]
g(x)=6x2ex3+x(3x+4)2(15x+8)g'(x) = 6x^2 e^{x^3} + x(3x + 4)^2 (15x + 8)
b) Calcule las ecuaciones de las rectas tangentes a las gráficas de las funciones h(x)=x2+1h(x) = x^2 + 1 y p(x)=x1x+1p(x) = \frac{x - 1}{x + 1}, en el punto de abscisa x=1x = 1. ¿En qué punto se cortan ambas rectas?

Para la función h(x)=x2+1h(x) = x^2 + 1 en x=1x = 1, calculamos el punto de tangencia y la pendiente:El punto es (1,h(1))(1, h(1)), donde h(1)=12+1=2h(1) = 1^2 + 1 = 2. La pendiente es m1=h(1)m_1 = h'(1). Como h(x)=2xh'(x) = 2x, entonces m1=2m_1 = 2. La ecuación de la recta tangente es:

y2=2(x1)    y=2xy - 2 = 2(x - 1) \implies y = 2x

Para la función p(x)=x1x+1p(x) = \frac{x - 1}{x + 1} en x=1x = 1:El punto es (1,p(1))(1, p(1)), donde p(1)=111+1=0p(1) = \frac{1-1}{1+1} = 0. La pendiente es m2=p(1)m_2 = p'(1). Derivamos la función:

p(x)=1(x+1)(x1)(1)(x+1)2=2(x+1)2p'(x) = \frac{1(x + 1) - (x - 1)(1)}{(x + 1)^2} = \frac{2}{(x + 1)^2}

La pendiente es m2=p(1)=222=12m_2 = p'(1) = \frac{2}{2^2} = \frac{1}{2}. La ecuación de la recta tangente es:

y0=12(x1)    y=12x12y - 0 = \frac{1}{2}(x - 1) \implies y = \frac{1}{2}x - \frac{1}{2}

Para encontrar el punto de corte, igualamos las ecuaciones de ambas rectas:

2x=12x12    4x=x1    3x=1    x=132x = \frac{1}{2}x - \frac{1}{2} \implies 4x = x - 1 \implies 3x = -1 \implies x = -\frac{1}{3}

Sustituyendo el valor de xx en la primera recta para obtener yy:

y=2(13)=23y = 2\left( -\frac{1}{3} \right) = -\frac{2}{3}

Por lo tanto, el punto de corte es:

(13,23)\left( -\frac{1}{3}, -\frac{2}{3} \right)