AndalucíaAndalucía
MadridMadrid
CataluñaCataluña
GaliciaGalicia
MurciaMurcia
ValenciaValencia
En construcciónAñadimos comunidades, materias, años y soluciones de forma progresiva y constante.
Funciones definidas a trozos y aplicaciones económicas
Problema
2025 · Extraordinaria · Titular
3
Examen
BLOQUE B - EJERCICIO 3

Trinidad, una persona ahorradora, deposita 5000euros5000 \,\text{euros} en un fondo de inversión y el capital final que obtiene cuando transcurren tt años viene dado por la siguiente función:

f(t)={5000(1+0.05t)0t150001.05tt>1f(t) = \begin{cases} 5000 \cdot (1 + 0.05t) & 0 \le t \le 1 \\ 5000 \cdot 1.05^t & t > 1 \end{cases}
a) ¿Cuánto tiempo debe mantener invertido el dinero si el capital final que se obtiene es de 5931.10euros5931.10 \,\text{euros}?b) Calcule los intereses que obtiene Trinidad entre el año 2 y el año 4, si se conoce que los intereses que genera esta inversión entre el año t1t_1 y el año t2t_2 vienen dados por I=f(t2)f(t1)I = f(t_2) - f(t_1).c) Estudie la continuidad y derivabilidad de la función ff.d) Estudie la monotonía de la función ff y esboce su gráfica.
ContinuidadDerivabilidadMonotonía+1
a) ¿Cuánto tiempo debe mantener invertido el dinero si el capital final que se obtiene es de 5931.10euros5931.10 \,\text{euros}?

Tenemos que encontrar el valor de tt para el cual f(t)=5931.10f(t) = 5931.10. Probaremos con ambas ramas de la función.Caso 1: 0t10 \le t \le 1

5000(1+0.05t)=5931.105000 \cdot (1 + 0.05t) = 5931.10
1+0.05t=5931.1050001 + 0.05t = \frac{5931.10}{5000}
1+0.05t=1.186221 + 0.05t = 1.18622
0.05t=0.186220.05t = 0.18622
t=0.186220.05=3.7244t = \frac{0.18622}{0.05} = 3.7244

Este valor de t=3.7244t=3.7244 no está en el intervalo 0t10 \le t \le 1, por lo que esta rama no es aplicable.Caso 2: t>1t > 1

50001.05t=5931.105000 \cdot 1.05^t = 5931.10
1.05t=5931.1050001.05^t = \frac{5931.10}{5000}
1.05t=1.186221.05^t = 1.18622

Aplicamos logaritmos para despejar tt:

tln(1.05)=ln(1.18622)t \cdot \ln(1.05) = \ln(1.18622)
t=ln(1.18622)ln(1.05)0.170790.048793.5t = \frac{\ln(1.18622)}{\ln(1.05)} \approx \frac{0.17079}{0.04879} \approx 3.5

Este valor de t=3.5t=3.5 está en el intervalo t>1t > 1. Por lo tanto, el tiempo que debe mantener invertido el dinero es 3.53.5 años.

b) Calcule los intereses que obtiene Trinidad entre el año 2 y el año 4, si se conoce que los intereses que genera esta inversión entre el año t1t_1 y el año t2t_2 vienen dados por I=f(t2)f(t1)I = f(t_2) - f(t_1).

Para calcular los intereses entre el año t1=2t_1=2 y el año t2=4t_2=4, ambos valores de tt son mayores que 11, por lo que utilizamos la segunda rama de la función: f(t)=50001.05tf(t) = 5000 \cdot 1.05^t.Calculamos f(4)f(4):

f(4)=50001.054=50001.21550625=6077.53125f(4) = 5000 \cdot 1.05^4 = 5000 \cdot 1.21550625 = 6077.53125

Calculamos f(2)f(2):

f(2)=50001.052=50001.1025=5512.5f(2) = 5000 \cdot 1.05^2 = 5000 \cdot 1.1025 = 5512.5

Los intereses son I=f(4)f(2)I = f(4) - f(2):

I=6077.531255512.5=565.03125I = 6077.53125 - 5512.5 = 565.03125

Los intereses obtenidos entre el año 2 y el año 4 son 565.03euros565.03 \,\text{euros}.

c) Estudie la continuidad y derivabilidad de la función ff.
Continuidad

Cada una de las ramas de f(t)f(t) es continua en su dominio de definición: 5000(1+0.05t)5000 \cdot (1 + 0.05t) es un polinomio (función lineal) y 50001.05t5000 \cdot 1.05^t es una función exponencial. Ambas son continuas en todos los números reales.Debemos estudiar la continuidad en el punto de unión de las ramas, t=1t=1.1. Valor de la función en t=1t=1:

f(1)=5000(1+0.051)=50001.05=5250f(1) = 5000 \cdot (1 + 0.05 \cdot 1) = 5000 \cdot 1.05 = 5250

2. Límites laterales en t=1t=1:

limt1f(t)=limt15000(1+0.05t)=5000(1+0.05)=5250\lim_{t \to 1^-} f(t) = \lim_{t \to 1^-} 5000 \cdot (1 + 0.05t) = 5000 \cdot (1 + 0.05) = 5250
limt1+f(t)=limt1+50001.05t=50001.051=5250\lim_{t \to 1^+} f(t) = \lim_{t \to 1^+} 5000 \cdot 1.05^t = 5000 \cdot 1.05^1 = 5250

Como f(1)=limt1f(t)=limt1+f(t)f(1) = \lim_{t \to 1^-} f(t) = \lim_{t \to 1^+} f(t), la función f(t)f(t) es continua en t=1t=1.Por lo tanto, la función f(t)f(t) es continua para t0t \ge 0.

Derivabilidad

Calculamos la derivada de cada rama:

f(t)={ddt(5000+250t)0<t<1ddt(50001.05t)t>1f'(t) = \begin{cases} \frac{d}{dt}(5000 + 250t) & 0 < t < 1 \\ \frac{d}{dt}(5000 \cdot 1.05^t) & t > 1 \end{cases}
f(t)={2500<t<150001.05tln(1.05)t>1f'(t) = \begin{cases} 250 & 0 < t < 1 \\ 5000 \cdot 1.05^t \cdot \ln(1.05) & t > 1 \end{cases}

Ahora estudiamos la derivabilidad en el punto de unión t=1t=1 calculando las derivadas laterales:Derivada por la izquierda en t=1t=1:

f(1)=250f'(1^-) = 250

Derivada por la derecha en t=1t=1:

f(1+)=50001.051ln(1.05)=5250ln(1.05)f'(1^+) = 5000 \cdot 1.05^1 \cdot \ln(1.05) = 5250 \cdot \ln(1.05)

Usando el valor de ln(1.05)0.04879\ln(1.05) \approx 0.04879:

f(1+)52500.04879256.1475f'(1^+) \approx 5250 \cdot 0.04879 \approx 256.1475

Dado que f(1)=250f(1+)256.1475f'(1^-) = 250 \ne f'(1^+) \approx 256.1475, la función f(t)f(t) no es derivable en t=1t=1.La función es derivable en (0,1)(1,)(0, 1) \cup (1, \infty).

d) Estudie la monotonía de la función ff y esboce su gráfica.
Monotonía

Estudiamos el signo de la primera derivada f(t)f'(t):Para 0<t<10 < t < 1:

f(t)=250f'(t) = 250

Como f(t)=250>0f'(t) = 250 > 0, la función es estrictamente creciente en el intervalo (0,1)(0, 1).Para t>1t > 1:

f(t)=50001.05tln(1.05)f'(t) = 5000 \cdot 1.05^t \cdot \ln(1.05)

Dado que 5000>05000 > 0, 1.05t>01.05^t > 0 para todo tt, y ln(1.05)>0\ln(1.05) > 0 (porque 1.05>11.05 > 1), entonces f(t)>0f'(t) > 0.Por lo tanto, la función es estrictamente creciente en el intervalo (1,)(1, \infty).Al ser la función continua en t=1t=1 y estrictamente creciente en ambos intervalos adyacentes, concluimos que la función f(t)f(t) es estrictamente creciente para todo t0t \ge 0.

Esbozo de la gráfica

Para esbozar la gráfica, consideramos los siguientes puntos y comportamientos:* Punto inicial: f(0)=5000(1+0.050)=5000f(0) = 5000 \cdot (1 + 0.05 \cdot 0) = 5000. La gráfica comienza en (0,5000)(0, 5000).* Punto de unión: f(1)=5250f(1) = 5250. La gráfica pasa por (1,5250)(1, 5250).* Para 0t10 \le t \le 1: la función es lineal y creciente. Une el punto (0,5000)(0, 5000) con (1,5250)(1, 5250) con una línea recta.* Para t>1t > 1: la función es exponencial y creciente. A partir del punto (1,5250)(1, 5250), la gráfica sigue aumentando, pero con una curvatura hacia arriba (crecimiento acelerado).* La gráfica será continua en t=1t=1, pero no "suave" (tendrá un "pico" o "esquina") debido a la no derivabilidad en ese punto.