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Derivadas e Integrales
Problema
2023 · Extraordinaria · Reserva
3
Examen
a) Calcule las derivadas de las siguientes funciones:
f(x)=(7+x2)3e5xyg(x)=ln(x42x2)8x3f(x) = (-7 + x^2)^3 \cdot e^{5-x} \quad \text{y} \quad g(x) = \frac{\ln(x^4-2x^2)}{8-x^3}
b) Represente gráficamente la región acotada comprendida entre la recta y=2x+6y = -2x + 6 y la parábola y=x2+2x+3y = -x^2 + 2x + 3 y calcule su área.
DerivadasCálculo de áreasIntegral definida
a) Calcule las derivadas de las siguientes funciones:

Para la función f(x)=(7+x2)3e5xf(x) = (-7 + x^2)^3 \cdot e^{5-x}, aplicamos la regla del producto (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv'. Primero, calculamos las derivadas de u(x)=(7+x2)3u(x) = (-7 + x^2)^3 y v(x)=e5xv(x) = e^{5-x}. Utilizando la regla de la cadena, la derivada de u(x)u(x) es u(x)=3(7+x2)2(2x)=6x(7+x2)2u'(x) = 3(-7 + x^2)^2 \cdot (2x) = 6x(-7 + x^2)^2. Para v(x)v(x), aplicando la regla de la cadena, su derivada es v(x)=e5x(1)=e5xv'(x) = e^{5-x} \cdot (-1) = -e^{5-x}. Sustituyendo en la regla del producto, obtenemos: f(x)=6x(7+x2)2e5x+(7+x2)3(e5x)f'(x) = 6x(-7 + x^2)^2 e^{5-x} + (-7 + x^2)^3 (-e^{5-x}) Sacando factor común e5x(7+x2)2e^{5-x}(-7 + x^2)^2:

f'(x) = e^{5-x}(-7 + x^2)^2 [6x - (-7 + x^2)] \\
f'(x) = e^{5-x}(-7 + x^2)^2 [6x + 7 - x^2] \\
f'(x) = (-x^2 + 6x + 7)(-7 + x^2)^2 e^{5-x}

Para la función g(x)=ln(x42x2)8x3g(x) = \frac{\ln(x^4-2x^2)}{8-x^3}, aplicamos la regla del cociente (uv)=uvuvv2(\frac{u}{v})' = \frac{u'v - uv'}{v^2}. Calculamos las derivadas de u(x)=ln(x42x2)u(x) = \ln(x^4-2x^2) y v(x)=8x3v(x) = 8-x^3. Utilizando la regla de la cadena, la derivada de u(x)u(x) es u(x)=4x34xx42x2u'(x) = \frac{4x^3-4x}{x^4-2x^2}. La derivada de v(x)v(x) es v(x)=3x2v'(x) = -3x^2. Sustituyendo en la regla del cociente, obtenemos:

g(x)=(4x34xx42x2)(8x3)(ln(x42x2))(3x2)(8x3)2g'(x) = \frac{\left(\frac{4x^3-4x}{x^4-2x^2}\right)(8-x^3) - (\ln(x^4-2x^2))(-3x^2)}{(8-x^3)^2}

Simplificando la expresión de la derivada:

g(x)=(4x34x)(8x3)+3x2(x42x2)ln(x42x2)(x42x2)(8x3)2g'(x) = \frac{(4x^3-4x)(8-x^3) + 3x^2(x^4-2x^2)\ln(x^4-2x^2)}{(x^4-2x^2)(8-x^3)^2}
b) Represente gráficamente la región acotada comprendida entre la recta y=2x+6y = -2x + 6 y la parábola y=x2+2x+3y = -x^2 + 2x + 3 y calcule su área.

Para calcular el área, primero encontramos los puntos de intersección entre la recta y=2x+6y = -2x + 6 y la parábola y=x2+2x+3y = -x^2 + 2x + 3. Igualamos las ecuaciones:

2x+6=x2+2x+3-2x + 6 = -x^2 + 2x + 3

Reorganizamos la ecuación para formar una ecuación cuadrática:

x24x+3=0x^2 - 4x + 3 = 0

Factorizando o usando la fórmula cuadrática, encontramos los puntos de intersección en x=1x=1 y x=3x=3.Para determinar qué función está por encima de la otra en el intervalo [1,3][1, 3], elegimos un punto de prueba, por ejemplo x=2x=2: Para la recta: y(2)=2(2)+6=2y(-2) = -2(2) + 6 = 2. Para la parábola: yp(2)=(2)2+2(2)+3=4+4+3=3y_p(2) = -(2)^2 + 2(2) + 3 = -4 + 4 + 3 = 3. Como yp(2)>yr(2)y_p(2) > y_r(2), la parábola está por encima de la recta en el intervalo [1,3][1, 3].El área se calcula mediante la integral definida de la diferencia de las funciones en el intervalo de intersección:

A = \int_{1}^{3} [(-x^2 + 2x + 3) - (-2x + 6)] dx \\
A = \int_{1}^{3} (-x^2 + 4x - 3) dx

Calculamos la antiderivada de la función integrada:

F(x)=x33+4x223x=x33+2x23xF(x) = -\frac{x^3}{3} + \frac{4x^2}{2} - 3x = -\frac{x^3}{3} + 2x^2 - 3x

Evaluamos la antiderivada en los límites de integración:

A = F(3) - F(1) \\
A = \left(-\frac{3^3}{3} + 2(3^2) - 3(3)\right) - \left(-\frac{1^3}{3} + 2(1^2) - 3(1)\right) \\
A = (-9 + 18 - 9) - \left(-\frac{1}{3} + 2 - 3\right) \\
A = (0) - \left(-\frac{1}{3} - 1\right) \\
A = 0 - \left(-\frac{4}{3}\right) \\
A = \frac{4}{3}

El área de la región acotada es 43\frac{4}{3} unidades cuadradas.