a) Determine el valor de a para que la función f sea continua en R. Para ese valor de a, ¿es f derivable?Para que f(x) sea continua en R, debe ser continua en cada uno de sus tramos y, además, en el punto de unión x=1. Los tramos x<1 y x≥1 son funciones continuas (exponencial y polinómica, respectivamente).La continuidad en x=1 requiere que los límites laterales y el valor de la función en el punto sean iguales:
limx→1−f(x)=limx→1−(3+ex)=3+e1=3+e limx→1+f(x)=limx→1+(x2+ax+2)=12+a(1)+2=1+a+2=3+a f(1)=12+a(1)+2=3+a Para que sea continua, los límites deben ser iguales:
3+e=3+a⟹a=e Ahora, comprobamos si la función es derivable para a=e.La derivada de f(x) es:
f′(x)={ex2x+asi x<1si x>1 Para a=e, la derivada es:
f′(x)={ex2x+esi x<1si x>1 Evaluamos los límites de la derivada en x=1:
limx→1−f′(x)=limx→1−ex=e1=e limx→1+f′(x)=limx→1+(2x+e)=2(1)+e=2+e Dado que e=2+e, la función no es derivable en x=1. Por lo tanto, f no es derivable en R para a=e.
b) Para a=−3, calcule la recta tangente a la gráfica de f en el punto de abscisa x=0.Para x=0, que es menor que 1, utilizamos la primera parte de la función: f(x)=3+ex.Primero, calculamos la coordenada y del punto de tangencia:
f(0)=3+e0=3+1=4 El punto de tangencia es (0,4).Ahora, calculamos la derivada de la función para x<1:
f′(x)=ex La pendiente de la recta tangente en x=0 es:
m=f′(0)=e0=1 La ecuación de la recta tangente es y−y0=m(x−x0):
y−4=1(x−0) c) Para a=−3, represente la región limitada por la gráfica de f, las rectas x=2, x=4 y el eje de abscisas. Calcule el área de dicha región.Para a=−3, la función es:
f(x)={3+exx2−3x+2si x<1si x≥1 La región de interés está limitada por x=2 y x=4. En este intervalo, x≥1, por lo que usamos f(x)=x2−3x+2.Determinamos los puntos de corte de f(x) con el eje de abscisas en el intervalo [2,4]:
x2−3x+2=0⟹(x−1)(x−2)=0 Las raíces son x=1 y x=2. En el intervalo [2,4], la función f(x) es no negativa (f(2)=0, y para x>2, la parábola x2−3x+2 abre hacia arriba, por lo que toma valores positivos). Por ejemplo, f(3)=32−3(3)+2=2>0 y f(4)=42−3(4)+2=6>0.La región está limitada superiormente por la gráfica de f(x)=x2−3x+2, inferiormente por el eje de abscisas (y=0), y lateralmente por las rectas verticales x=2 y x=4. Como f(x)≥0 en [2,4], el área se calcula mediante la integral definida:
Aˊrea=∫24(x2−3x+2)dx Calculamos la integral indefinida:
∫(x2−3x+2)dx=3x3−23x2+2x+C Evaluamos la integral definida:
Aˊrea=[3x3−23x2+2x]24 Aˊrea=(343−23(42)+2(4))−(323−23(22)+2(2)) Aˊrea=(364−23(16)+8)−(38−23(4)+4) Aˊrea=(364−24+8)−(38−6+4) Aˊrea=(364−16)−(38−2) Aˊrea=(364−48)−(38−6) Aˊrea=316−32=314 El área de la región es 314 unidades cuadradas.