a) Estudie la continuidad y derivabilidad de f.Continuidad
La función f(x) está definida por polinomios en los intervalos (−∞,2) y [2,∞), que son funciones continuas en sus respectivos dominios. Por lo tanto, solo necesitamos estudiar la continuidad en el punto donde cambia la definición de la función, es decir, en x=2.Para que la función sea continua en x=2, se deben cumplir tres condiciones:1. La función debe estar definida en x=2:
f(2)=22−2(2)=4−4=0 2. Los límites laterales deben existir y ser iguales:
limx→2−f(x)=limx→2−(−x2+2x)=−(2)2+2(2)=−4+4=0 limx→2+f(x)=limx→2+(x2−2x)=(2)2−2(2)=4−4=0 Dado que ambos límites laterales son iguales a 0, el límite de f(x) cuando x→2 existe y es 0.3. El valor de la función en el punto debe ser igual al límite:
limx→2f(x)=0=f(2) Como se cumplen las tres condiciones, la función f(x) es continua en x=2. Por lo tanto, f(x) es continua en todo su dominio, x∈R.
Derivabilidad
Primero, calculamos la derivada de cada rama de la función:
f′(x)={−2x+22x−2si x<2si x>2 En los intervalos (−∞,2) y (2,∞), la función es derivable ya que sus derivadas son polinomios. Necesitamos estudiar la derivabilidad en el punto x=2. Para que f(x) sea derivable en x=2, las derivadas laterales deben ser iguales (y la función debe ser continua en ese punto, lo cual ya hemos demostrado).1. Derivada por la izquierda en x=2:
f−′(2)=limx→2−f′(x)=limx→2−(−2x+2)=−2(2)+2=−4+2=−2 2. Derivada por la derecha en x=2:
f+′(2)=limx→2+f′(x)=limx→2+(2x−2)=2(2)−2=4−2=2 Dado que las derivadas laterales no son iguales (−2=2), la función f(x) no es derivable en x=2.En resumen, f(x) es continua para todo x∈R y derivable para todo x∈R∖{2}.
b) Represente el recinto limitado por las rectas y=2x,x=−1,x=1 y la gráfica de f. Calcule su área.El recinto está limitado por las rectas verticales x=−1 y x=1, la recta y=2x y la gráfica de la función f(x).En el intervalo de integración [−1,1], el valor de x es menor que 2. Por lo tanto, la definición de f(x) que debemos usar es f(x)=−x2+2x.Así, el recinto está acotado por y=2x, y=−x2+2x, x=−1 y x=1.Para calcular el área, necesitamos determinar qué función está por encima de la otra en el intervalo [−1,1]. Consideramos la diferencia entre las dos funciones:
(2x)−(−x2+2x)=2x+x2−2x=x2 Dado que x2≥0 para todo x∈[−1,1], la recta y=2x está por encima o es igual a la gráfica de f(x)=−x2+2x en todo el intervalo. El único punto de contacto es x=0.El área del recinto se calcula mediante la integral definida de la diferencia de las funciones:
A=∫−11((2x)−(−x2+2x))dx A=∫−11x2dx Ahora procedemos a calcular la integral:
A=[3x3]−11 A=(313)−(3(−1)3) A=31−(−31) A=31+31 El área del recinto es 32 unidades cuadradas.