a) Calcule el valor de a para que f sea continua en todo su dominio. Para ese valor de a, ¿es derivable la función f?b) Para a=−6, halle la ecuación de la recta tangente a la gráfica de f en el punto de abscisa x=3.c) Para a=−6, esboce la gráfica de f y calcule el área de la región limitada por la gráfica de la función f, el eje de abscisas y las rectas x=3 y x=5.
ContinuidadDerivabilidadCálculo de áreas+1
a) Calcule el valor de a para que f sea continua en todo su dominio. Para ese valor de a, ¿es derivable la función f?
Para que la función sea continua en su dominio, debe serlo en el punto de unión x=−2. En el resto de los puntos, las funciones que definen cada rama son continuas en sus respectivos intervalos (la función racional x+12 solo presenta una discontinuidad en x=−1, pero este punto no pertenece al intervalo (−∞,−2)). Estudiamos los límites laterales en x=−2:
limx→−2−f(x)=limx→−2−x+12=−2+12=−2
\lim_{x \to -2^+} f(x) = \lim_{x \to -2^+} (x^2 + a) = (-2)^2 + a = 4 + a
Para que f(x) sea continua, los límites laterales deben ser iguales al valor de la función: 4+a=−2⟹a=−6.Para analizar la derivabilidad en x=−2 con a=−6, calculamos las derivadas laterales utilizando la función derivada en los entornos del punto:
f′(x)={(x+1)2−22xsi x<−2si x>−2
Calculamos los límites de la derivada por la izquierda y por la derecha:
f′(−2−)=(−2+1)2−2=−2
f′(−2+)=2(−2)=−4
Como las derivadas laterales no coinciden (f′(−2−)=f′(−2+)), la función no es derivable en x=−2.
b) Para a=−6, halle la ecuación de la recta tangente a la gráfica de f en el punto de abscisa x=3.
En x=3, la función se rige por la rama f(x)=x2−6. Calculamos la ordenada del punto y la pendiente de la tangente (la derivada):
f(3)=32−6=3
f′(3)=2(3)=6
Aplicamos la ecuación punto-pendiente y−f(3)=f′(3)(x−3):
y−3=6(x−3)⟹y=6x−15
c) Para a=−6, esboce la gráfica de f y calcule el área de la región limitada por la gráfica de la función f, el eje de abscisas y las rectas x=3 y x=5.
Esbozo de la gráfica: para x<−2 tenemos una hipérbola que decrece desde la asíntota y=0 hasta el punto (−2,−2). Para x≥−2, es una parábola con vértice en (0,−6) que pasa por (−2,−2), corta al eje x en 6≈2,45 y pasa por (3,3).En el intervalo [3,5], la función es f(x)=x2−6, que es siempre positiva. El área se calcula mediante la integral definida: