









Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Asignatura: Matemàtiques, Profesor: , Carrera: Biologia, Universidad: UV
Tipo: Apuntes
1 / 16
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!










En aquest capítol anem a estudiar les funcions contínues, aquelles per a les quals la seua gràfica es pot dibuixar sense alçar el llapis, i també anem a determinar la recta tangent en un punt de la gràfica d’una funció. Això ens permetrà introduir el concepte de derivada d’una funció en un punt. Arribarem al concepte de derivada d’una funció en un punt a partir de la “raó de canvi instantani”. En particular,
Exemple.- Suposem que realitzem un experiment sobre la velocitat de reacció d’una zebra. Hem obtingut els metres recorreguts a intervals de 2 segons. Així tenim les següents dades:
temps 0 2 4 6 8 10 metres 0 10. 28 41. 12 95. 52 164. 48 257
Aquestes dades es poden aproximar mitjançant la funció y = f (t) = 2. 57 t^2. Suposem que ara volem saber la velocitat de la zebra en l’instant t = 4. Amb les dades que tenim podem calcular la velocitat mitjana en un interval de temps. Així la velocitat mitjana en l’interval de temps [4, 8] està donada per
distància recorreguda temps transcorregut
f (8) − f (4) 8 − 4
= 30. 84 metres/segon.
Evidentment aquesta no és la velocitat de la zebra en l’instant t = 4 però ens dóna una aproximació. Si reduïm l’interval i realitzem els mateixos càlculs, obtindrem una aproximació millor. Així la velocitat mitjana en l’interval de temps [4, 6] és
f (6) − f (4) 6 − 4
= 25. 7 metres/segon.
En l’interval de temps [4, 4 .5] és
f (4.5) − f (4)
= 21. 84 metres/segon
i en l’interval de temps [4, 4 .2] és
f (4.2) − f (4)
= 21. 05 metres/segon.
Amb la qual cosa podem veure que la velocitat mitjana per a t = 4 es va aproximant a 21 me- tres/segon. Adoneu-vos que d’aquesta manera no podem determinar la velocitat en un instant (t = 4), és a dir, en l’instant [4, 4], ja que dividiríem per 0. És per això que la velocitat instantània es defineix com a un límit
V (t) = lim t→ 4
La idea anterior ens condueix a la següent definició intuïtiva de límit d’una funció quan tendeix(s’apropa) a un punt x 0.
Definició 3.1 Direm que una funció f té per límit a L quan x s’aproxima a x 0 , i ho denotem per
lim x→x 0
f (x) = L
si el valor f (x) es pot fer tan pròxim a L com vulguem quan prenem x suficientment a prop (però no igual) de x 0.
En l’exemple anterior, el límit de f (t) = 2. 57 t^2 quan t s’aproxima a(tendeix a) 4 és
lim t→ 4 f (t) = lim t→ 4 2. 57 t^2 = 2.57 4^2 = 41. 12 metres,
i el límit de la funció velocitat mitjana en l’interval [4, t], V (t) = f^ (t) t−−f 4 (4) , quan t tendeix a 4 és
lim t→ 4
V (t) = lim t→ 4
f (t) − f (4) t − 4
= 20. 56 metres/segon.
Com hem calculat aquest valor? Més endavant donarem una resposta, però de moment podem dir que és el pas al límit dels quocients que hem fet abans, és a dir, amb intervals d’amplitud cada vegada més menuda [4, 6], [4, 4 .5], [4, 4 .2], [4, 4 .01], [4, 4 .001],...
Exemple 3.1.1 Suposem que la funció del temps f (t), que ens dóna el nombre de mosques de la fruita (Drosophilia) que hi ha en un contenidor en un experiment que estem realitzant, té la gràfica següent
10 20 30 40 50 60
100
200
300
mosques^400
dies De la gràfica es dedueix fàcilment que, a mesura que va augmentant el nombre de dies, el nombre de mosques s’aproxima a 400 , aquest nombre està determinat per certs factors ambientals, com són la capacitat del contenidor, la quantitat de menjar,...
La recta y = 400, a la qual tendeix la funció f (x), direm que és una asímptota horitzontal de f.
Intuïtivament podem definir,
Definició 3.2 Una funció, f (x), té per límit L quan x creix infinitament (x → +∞), i ho denotem per
lim x→+∞
f (x) = L
si f (x) està tan a prop com vulguem de L per a x suficientment gran. De la mateixa manera, una funció, f (x), té per límit M quan x decreix infinitament
lim x→−∞
f (x) = M
si podem aconseguir f(x) tan a prop com vulguem de M per a x negatiu i el seu valor absolut suficientment gran. Quan els nombres L i M no són ±∞ a les rectes horitzontals y = L i y = M les anomenarem asímptotes horitzontals de f.
Una vegada estudiat el concepte de límit podem parlar de la continuïtat de funcions. Un definició intuïtiva és la següent: una funció és contínua si es pot dibuixar la seua gràfica sense alçar el llapis del paper. Vejam com ho formalitzem.
Definició 3.4 Direm que una funció f és contínua en el punt x = x 0 si es compleix que:
En cas contrari, direm que f (x) és discontínua en x = x 0.
Direm que una funció f és contínua en un conjunt, si es contínua en tots els punts del conjunt.
Exemple 3.1.3 La gràfica de la funció
f (x) =
x^3 + 1 si x < 0 x^2 + 1 si x ≥ 0
és contínua en x = 1, ja que el límits laterals
lim x→ 0 −
f (x) = lim x→ 0 −
x^3 + 1 = 1 lim x→ 0 +
f (x) = lim x→ 0 +
x^2 + 1 = 1
són iguals, i per tant, limx→ 0 f (x) = 1 i també f (0) = 1. A continuació teniu tres exemples de gràfiques de funcions discontinues
Les respectives funcions són
f (x) =
x^3 + 1 si x < 0 3 2 si^ x^ = 0 x^2 + 1 si x > 0 ,
f (x) =
x^3 + 1 si x < 0 x^2 + 12 si x ≥ 0 , f^ (x) =
x^3 + 1 si x < 0 x^2 + 1 si x > 0.
Propietat 3.5 Es verifiquen les propietats següents:
La derivada
Desenvolupem un poc més els conceptes matemàtics presentats en l’exemple de la Introducció.
Siga f (x) una funció i siguen x 0 , x 1 dos punts del domini de f. Anomenarem increment, canvi o variació de x a la quantitat, △x = x 1 − x 0 , i increment, canvi o variació de y a △y = f (x 1 ) − f (x 0 ). Si escrivim ara x 1 = △x + x 0 , aleshores
△y = f (x 1 ) − f (x 0 ) = f (△x + x 0 ) − f (x 0 ),
i podem escriure l’increment de y com △y = f (x + △x) − f (x).
x 0 x 1
f (x 0 )
f (x 1 )
△y
△x x 0 x 1
f (x 1 )
f (x 0 )
△y
△x
△y = f (x 1 ) − f (x 0 ) > 0 △y = f (x 1 ) − f (x 0 ) < 0
Això ens permet donar la següent definició.
Definició 3.6 Anomenarem raó de canvi o raó de creixement d’una funció f (x) en l’interval [x 0 , x 1 ] al quocient △y △x
f (x 1 ) − f (x 0 ) x 1 − x 0
Aquest quocient representa una mesura del canvi de y respecte de x. Noteu que pot prendre qualsevol valor: negatiu si el valor de la funció en l’extrem superior és menor que en l’extrem inferior(la funció decreix), zero si pren el mateix valor en els extrems, i positiu si el valor de la funció en l’extrem superior és major que en l’extrem inferior(la funció creix). Podeu voreu gràficament en el dibuix anterior.
Nota 3.7 1. Noteu que per a què el quocient estiga definit cal que l’interval [x 0 , x 1 ] siga un subconjunt del domini de la funció f.
△y
△x
La derivada
Nota. La derivada d’una funció en un punt x 0 es pot interpretar com a la pendent de la recta tangent a la gràfica de la funció en eixe punt.
En la gràfica anterior s’han dibuixat varies rectes secants a la gràfica de la funció(tallen la gràfica en dos punts) però amb un dels punts de tall fix. Com s’observa la recta tangent s’obtindria com a “límit” d’aquestes rectes secants quan l’altre punt tendeix al punt fix. Per tant, una forma de trobar l’equació de la recta tangent a una funció (gràfica) en un punt (x 0 , f (x 0 )) és utilitzar l’equació punt-pendent
y − f (x 0 ) = m · (x − x 0 )
i on la pendent és justament la derivada de la funció en el punt x 0 , m = f ′(x 0 ), és a dir, l’equació de la recta tangent a la gràfica de la funció f (x) en el punt d’abscisses x = x 0 és
y − f (x 0 ) = f ′(x 0 ) · (x − x 0 ).
Exemple 3.2.3 Dóna l’equació de la recta tangent a la corba f (x) = x^2 en el punt (2, 4).
En aplicacions pràctiques, de vegades ens podem trobar funcions, f (x), que no són derivables en algun punt, x = a, del domini de f. Els dos casos més habituals són:
(a, f (a))
(a, f (a))
Vejam com es comporten les operacions entre funcions amb la derivació.
Propietat 3.9 Es verifiquen les propietats següents:
(c · f )′(x) = c · f ′(x).
O bé, d( dxc·f )= c · (^) dxdf.
(f ± g)′^ = f ′^ ± g′.
Nota. La derivada de la suma(resta) de funcions és la suma(resta) de les derivades de les funcions.
O bé, d(f dx^ ± g)= (^) dxdf ± dg dx.
(f · g)′^ =
d(f · g) dx
df dx
· g + f ·
dg dx
= f ′^ · g + f · g′.
Nota. La derivada del producte és igual a la derivada de la primera per la segona sense derivar més la primera sense derivar per la derivada de la segona.
O bé, d( dxf^ ·g )= df dx · g + f · dg dx.
( f g
f ′^ · g − f · g′ g^2
Nota. La derivada el quocient de funcions és igual a la derivada del de dalt pel de baix sense derivar menys el de dalt per la derivada del de baix, i tot això dividit pel quadrat del de baix.
O bé, (^) dxd
f g
dxdf ·g−f^ ·^ dg dx g^2.
(f ◦ u)′(x) = f ′(u(x)) · u′(x).
Nota. La derivada de la composició és igual a la derivada del de fora per la derivada del de dins. Sempre de fora cap a dins.
A vegades ho podeu vore escrit si y(x) = (f ◦ u)(x) com dy dx = dy dudu dx =.
Amb totes aquestes propietats ja només ens falta conèixer les derivades de les funcions elementals per tal de poder donar exemples i començar a derivar funcions més complicades.
En la següent proposició apareixen les derivades d’algunes de les funcions elementals, la forma en que s’obtenen és a partir de la definició, veure definició 3.8, però ací no anem a demostrar-ho. Nogensmenys, és molt important que les aprengueu de memòria. A més a més, la columna de la dreta és l’expressió de la derivada de la composició de dues funcions.
Demostració. Prenem logaritmes neperians
ln y = g(x) · ln f (x)
ara, fent servir la regla de la cadena derivem respecte de x els dos membres de la igualtat
y′ y
dg dx
ln f (x) +
g(x) f (x)
df dx
Si aïllem y′^ obtenim el que buscàvem.
Exemple 3.2.5 Calcula la derivada de la funció y = xx^ quan x > 0.
Evidentment, si y = f (x) és una funció, la seua derivada, y′^ = (^) dxdf (x) = f ′(x) també és una altra funció. Per tant, té sentit preguntar-se si té derivada en un punt x.
Definició 3.12 La funció f ′(x) té derivada en un punt x 0 del domini de f ′(x) si existeix el límit
lim △x→ 0
f ′(x 0 + △x) − f ′(x 0 ) △x
i a aquest límit se l’anomena derivada segona de f en el punt x 0 i es denota per f ′′(x 0 ) o bé d
(^2) f dx^2 (x^0 ). Podem continuar amb aquest procés i tenim la tercera derivada, la quarta, ...
y′^ = f ′(x) =
df dx
(x), y′′^ = f ′′(x) =
d^2 f dx^2
(x), y′′′^ = f ′′′(x) =
d^3 f dx^3
(x), · · ·
Noteu que així com la derivada primera d’una funció en un punt ens dóna la raó de canvi instantani o velocitat en eixe punt, la derivada segona ens dóna la raó de canvi instantani de la velocitat, que és el que es coneix com a acceleració.
Exemple 3.2.6 Trobeu les derivades primera, segona i tercera de:
y = ax, y = sin x.
La derivada
f (x) =
2 x − 3 si x ≤ 2 −x + 3 si x > 2
per tal de calcular en el punt a = 2 els límits següents, si existeixen,
lim x→a+^
f (x), lim x→a−^
f (x), lim x→a
f (x).
f (x) =
4 − x si x ≤ 2 x + 2 si x > 2 per tal de calcular en el punt a = 2 els límits següents, si existeixen,
lim x→a+^
f (x), lim x→a−^
f (x), (^) xlim→a f (x).
a) f (x) =
x + 3 si x 6 = 2
0 si x = 2
b) f (x) =
3 x + 4 4 x^2 − 2 x − 2
c) f (x) =
(x + 1)^2
si x 6 = − 1
2 si x = − 1
d) f (x) =
| 2 x| x
f (x) =
x^2 si x ≤ 1 ax + b si x > 1 troba els valors de a i b per als quals f és contínua i té derivada per a x = 1. Dibuixa la gràfica de f (x).
(^23) . És contínua en x = 0? Té derivada en x = 0? Justifica les respostes.
a) f (x) = 2x + 7 en (2, 11); b) f (x) = − 3 x + 4 en (− 1 , 7);
c) f (x) = 3x^2 en (1, 3); d) f (x) = 3x − x^2 en (− 2 , −10);
e) f (x) = −
x
en (3, −
); f) f (x) = −
2 x
en (1, −
g) f (x) = 2x^2 − 3 x + 4 en (2, 6); h) f (x) = −
x^2 + 2x + 2 en (− 1 , −
i) f (x) = x^4 − 3 x^3 + 2x^2 − x + 1 en (1, 0); j) f (x) =
x +
x
en (4,
La derivada
f (t) = 0. 881443 t^4 − 1. 45533 t^3 + 0. 695876 t^2 + 2. 87801 t + 293 0 ≤ t ≤ 4
on t es mesura cada 40 anys i la primera mesura és de principis de l’any 1860 (t = 0).
(a) Utilitza el Maxima per a donar la gràfica de la funció. (b) Usa la gràfica per a donar una estimació de la velocitat de canvi de la concentració mitjana de monòxid de carboni a principis de 1900 (t = 1) i a principis del 2000 (t = 3. 5 ).
(a) Utilitza el Maxima per a donar una gràfica de la funció. (b) Usa la gràfica per a donar una estimació de la velocitat de canvi en el nombre de xiquets infectats en l’any 2000.
V (p) =
p
(a) ¿Quina és la raó de canvi del volum, V , respecte de la pressió, p, quan p creix de p = 2 atmosferes a p = 3 atmosferes? (b) ¿Quina és la raó instantània de canvi de V respecte de p per a p = 2?
N (t) = 3t^3 + 2t^2 − 10 t + 600 con 0 ≤ t ≤ 10.
Dóna la raó de creixement instantani d’aquesta població de balenes per a t = 2 i t = 6. ¿Quina serà la població de balenes d’aquesta espècie quan hagen passat 8 anys des què s’iniciaren a implementar les mesures conservacionistes?
V (r) =
πr^3
on r denota el radi del tumor mesurat en centímetres. Calcula la velocitat de canvi en el volum del tumor quan aquest té un radi de 23 cm i quan el seu radi mesura 54 cm.
r R
P (t) = 5 · 104 + 30
t^3 + 20t
on P (t) denota la mida de la població d’ací a t mesos. Calcula la velocitat de creixement d’aquesta població d’ací a 9 mesos i també d’ací a 16 mesos.
P (t) = −
t^3 + 64t + 3 · 103
on t es mesura en anys, i on t = 0 és el moment en què es va iniciar la campanya de control. Calcula la raó de canvi de la població de conills al final dels anys, 1 , 2 , 3 i 4 ¿Està tenint èxit el pla de la Conselleria?
N (t) = 2t^3 + 3t^2 − 4 t + 1000 0 ≤ t ≤ 10
on N (t) és la població de tortugues al final de l’any t. Troba la velocitat de creixement de la població de tortugues per a t = 2 i per a t = 8. ¿Quina serà la població de tortugues 10 anys després d’haver establert les mesures de conservació?
f (t) = 100
t^2 + 10t + 100 t^2 + 20t + 100
0 < t < ∞.
(a) Dóna l’expressió per a la raó de canvi instantani de f (t). (b) ¿Com de ràpid està variant el contingut d’oxigen de la bassa després de 1 dia, després de 10 dies i després de 20 dies?
C(t) =
(a) Troba la fórmula que dóna la raó de canvi en la concentració d’antibiotic en la sang. (b) ¿Com de ràpid canvia la concentració d’antibiotic després de mitja hora, de 1 hora i de 2 hores després de la injecció?
f (x) =
a + ln(1 − x) x < 0 x^2 e−x^ x ≥ 0
es demana
(a) Calcula el valor de a per tal que la funció f (x) siga contínua en tot R. (b) Estudiar la derivabilitat de f i calcular f ′^ on siga possible.
a) f (x) = (x^2 − 3 x + 5)^3 , b) g(x) = (x^4 − x−^2 )^4 , c) h(x) = (^) (3x+5)^22 ,
d) j(x) = x
(^3) +2x x^2 − 1 ,^ e)^ k(x) =^
√ x^2 − 1 x− 1 ,^ f^ )^ ℓ(x) =^
√ (^3) (x (^2) − 2 x) (^4).
a) f (x) = (sin(x^2 ))^3 , b) g(x) = cos(sin(x)), c) h(x) = tan( cos 2 x (^) x) ,
d) j(x) = cos^2 (5x), e) k(x) =
√ex+ ex+2 ,^ f^ )^ ℓ(x) =^
√ (^3) e 4 x (^) − ex.
a) f (x) = e−^3 x+4, b) g(x) = ln(x^2 + 1), c) h(x) = e
2 x+ ex^ ,
d) j(x) = ln(5 x (^2) −x 1 ) , e) k(x) =
ln(x^2 ), f ) ℓ(x) = log 3 (9^4 x^ − 1).
a) f (x) = 4x
(^2) − 3 x+ , b) g(x) = log 2 (x^2 + 16), c) h(x) = arcsin(x^2 + 1),
d) j(x) = arccos(x^3 − x), e) k(x) = arctan(3x − 1), f ) ℓ(x) = arctan( 32 x^2 + x − 4).
a) f (x) = e−^3 x+4^ cos(x), b) g(x) = e^3 x(x^2 − x), c) h(x) = e−^2 x(x^2 − x),
d) j(x) = ln(2 ln(3xx−+2)1) , e) k(x) = ln( 23 xx−+2^1 ), f ) ℓ(x) = arctan(sin(x)).
a) f (x) = e
− 3 x+ e−^2 x+3^ ,^ b)^ g(x) =^
6 e^3 x ex−^2 ,^ c)^ h(x) = (x
(^2) − x) cos x,
d) j(x) = x^2 ln(3x − 1), e) k(x) = 5x
(^2) + (3x − 2), f ) ℓ(x) = arctan( x 2 ).
a) f (x) = ex^ sin^ x, b) g(x) = e
√x , c) h(x) = x+e
−x 1+xe−x^ ,
d) j(x) = ln
x^2 + 1, e) k(x) = (ln(x^2 ))^3 , f ) ℓ(x) = ex
2 x 3 x^2 +5x