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Ejercicios matemáticas Funciones de una variable ciencias ambientales, Ejercicios de Matemáticas

Tema 1. Funciones de una variable

Tipo: Ejercicios

2021/2022

Subido el 30/10/2022

maria-m-55
maria-m-55 🇪🇸

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Universidad Aut´
onoma de Madrid Matem´
aticas de Ciencias Ambientales
Hoja 1. Funciones de una variable.
1. La longitud medida en pulgadas es proporcional a la longitud medida en cent´ımetros, una pulgada corres-
ponde aproximadamente a 2,54 cm. Denotamos por xla longitud medida en pulgadas y por yla longitud
medida en cent´ımetros.
a) Establece qu´e relaci´on hay entre xey.
b) ¿Qu´e longitudes en cent´ımetros tienen las siguientes tres longitudes en pulgadas, 2,15 y 40?
c) Si un port´atil tiene una pantalla de 14 pulgadas y una proporci´on 3:2 (de ancho/alto) ¿qu´e tama˜no, en
cm2, tiene la pantalla?
2. La temperatura en Madrid en un ıa de verano es de 17 grados cent´ıgrados (17C), a las 7 de la ma˜nana; a
las 4 de la tarde ha subido a 35C. Denotamos por f(t) la temperatura al cabo de thoras (a partir de las 7
de la ma˜nana).
a) Utiliza que el aumento de temperatura (entre las 7 y las 16 horas) es constante por unidad de tiempo
(hora) para expresar la funci´on f(t) para 7 t16, ¿qu´e temperatura hace a las 12?
b) Un ingl´es llega a Madrid ese mismo d´ıa y observa que la temperatura a las 7 de la ma˜nana es de 62,6
grados Fahrenheit (62,6F) y 95F a las 4 de la tarde. Sabiendo que la relaci´on entre y(= temperatura
en grados Fahrenheit) y x(= temperatura en grados cent´ıgrados) es lineal, halla esa relaci´on.
3. La relaci´on entre la profundidad del agua, P, en metros, y la edad, t, de la corteza oce´anica bajo ella (en
millones de nos) es aproximadamente
P=P(t) = 2500 + 350tpara 0 t60.
a) Calcula la profundidad del agua sobre una corteza de 15 millones de nos.
b) ¿Cu´al es la edad de una corteza oce´anica situada a 4400 m de profundidad?
c) Representa la funci´on P(t).
4. Un meteoro que caiga sobre Tit´an (la mayor luna de Saturno) se puede fragmentar durante su ca´ıda.
La altitud h(en metros sobre el suelo lunar) en la que se fragmenta depende de la velocidad, v(en me-
tros/segundo) con la que atraviesa la atm´osfera de Tit´an y la resistencia de fragmentaci´on del meteoro (en
newtons/metro cuadrado). Si la resistencia de un meteoro es 104N/m2, la relaci´on entre altitud y velocidad
es aproximadamente
h(v) = 20345 ln(5,3×104v2) (v > 0).
a) ¿A qu´e velocidad debe viajar un meteoro (que atraviesa la atm´osfera de Tit´an) para no fragmentarse
antes de llegar a suelo lunar?
b) A as velocidad ¿mayor o menor altura?
c) ¿A qu´e velocidad debe viajar un meteoro para que se fragmente a 20 km de la superficie de Tit´an?
d) Representa la funci´on h(v) para vmayor o igual que el valor hallado en a).
5. Considerar tres p oblaciones P1, P2yP3cuyas funciones de crecimiento son y= 100 e2t, y = 500 e0,5te
y= 1000et, respectivamente, con el tiempo ten nos.
a) Representar las tres funciones.
b) Determinar qu´e porcentaje crece (o decrece) cada una de las poblaciones.
c) ¿Hay alg´un instante en el que la poblaciones P1yP3tienen el mismo umero de individuos?
d) ¿Cu´al de las tres poblaciones tendr´a as individuos a largo plazo?
6. La relaci´on entre crecimiento del umero de bacterias en una placa de Petri y el tiempo ten horas es
(aproximadamente)
B(t) = 10000 e0,1t.
a) ¿Cu´antas bacterias hay presentes en t= 0,1,2,3 y 4?
b) ¿En qu´e instante tel umero de bacterias es 100000?
7. El carbono 14 (14C) es un is´otopo radiactivo de carb´on que se renueva constantemente en los seres vivos. Si
el ser vivo muere en t= 0 y la cantidad de 14C en el ser, en ese momento, es N0, el umero de ´atomos de
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Universidad Aut´onoma de Madrid Matem´aticas de Ciencias Ambientales

Hoja 1. Funciones de una variable.

  1. La longitud medida en pulgadas es proporcional a la longitud medida en cent´ımetros, una pulgada corres- ponde aproximadamente a 2,54 cm. Denotamos por x la longitud medida en pulgadas y por y la longitud medida en cent´ımetros. a) Establece qu´e relaci´on hay entre x e y. b) ¿Qu´e longitudes en cent´ımetros tienen las siguientes tres longitudes en pulgadas, 2, 15 y 40? c) Si un port´atil tiene una pantalla de 14 pulgadas y una proporci´on 3:2 (de ancho/alto) ¿qu´e tama˜no, en cm^2 , tiene la pantalla?
  2. La temperatura en Madrid en un d´ıa de verano es de 17 grados cent´ıgrados (17◦C), a las 7 de la ma˜nana; a las 4 de la tarde ha subido a 35◦C. Denotamos por f (t) la temperatura al cabo de t horas (a partir de las 7 de la ma˜nana). a) Utiliza que el aumento de temperatura (entre las 7 y las 16 horas) es constante por unidad de tiempo (hora) para expresar la funci´on f (t) para 7 ≤ t ≤ 16, ¿qu´e temperatura hace a las 12? b) Un ingl´es llega a Madrid ese mismo d´ıa y observa que la temperatura a las 7 de la ma˜nana es de 62, 6 grados Fahrenheit (62, 6 ◦F) y 95◦F a las 4 de la tarde. Sabiendo que la relaci´on entre y(= temperatura en grados Fahrenheit) y x(= temperatura en grados cent´ıgrados) es lineal, halla esa relaci´on.
  3. La relaci´on entre la profundidad del agua, P , en metros, y la edad, t, de la corteza oce´anica bajo ella (en millones de a˜nos) es aproximadamente

P = P (t) = 2500 + 350

t para 0 ≤ t ≤ 60.

a) Calcula la profundidad del agua sobre una corteza de 15 millones de a˜nos. b) ¿Cu´al es la edad de una corteza oce´anica situada a 4400 m de profundidad? c) Representa la funci´on P (t).

  1. Un meteoro que caiga sobre Tit´an (la mayor luna de Saturno) se puede fragmentar durante su ca´ıda. La altitud h (en metros sobre el suelo lunar) en la que se fragmenta depende de la velocidad, v (en me- tros/segundo) con la que atraviesa la atm´osfera de Tit´an y la resistencia de fragmentaci´on del meteoro (en newtons/metro cuadrado). Si la resistencia de un meteoro es 10^4 N/m^2 , la relaci´on entre altitud y velocidad es aproximadamente h(v) = 20345 ln(5, 3 × 10 −^4 v^2 ) (v > 0). a) ¿A qu´e velocidad debe viajar un meteoro (que atraviesa la atm´osfera de Tit´an) para no fragmentarse antes de llegar a suelo lunar? b) A m´as velocidad ¿mayor o menor altura? c) ¿A qu´e velocidad debe viajar un meteoro para que se fragmente a 20 km de la superficie de Tit´an? d ) Representa la funci´on h(v) para v mayor o igual que el valor hallado en a).
  2. Considerar tres poblaciones P 1 , P 2 y P 3 cuyas funciones de crecimiento son y = 100 e^2 t, y = 500 e−^0 ,^5 t^ e y = 1000e−t, respectivamente, con el tiempo t en a˜nos. a) Representar las tres funciones. b) Determinar qu´e porcentaje crece (o decrece) cada una de las poblaciones. c) ¿Hay alg´un instante en el que la poblaciones P 1 y P 3 tienen el mismo n´umero de individuos? d ) ¿Cu´al de las tres poblaciones tendr´a m´as individuos a largo plazo?
  3. La relaci´on entre crecimiento del n´umero de bacterias en una placa de Petri y el tiempo t en horas es (aproximadamente) B(t) = 10000 e^0 ,^1 t. a) ¿Cu´antas bacterias hay presentes en t = 0, 1 , 2 , 3 y 4? b) ¿En qu´e instante t el n´umero de bacterias es 100000?
  4. El carbono 14 (^14 C) es un is´otopo radiactivo de carb´on que se renueva constantemente en los seres vivos. Si el ser vivo muere en t = 0 y la cantidad de 14 C en el ser, en ese momento, es N 0 , el n´umero de ´atomos de 1

(^14) C presente disminuye exponencialmente con el tiempo (t en a˜nos) siguiendo el modelo,

N (t) = N 0 e−^1 ,^21 ×^10

− (^4) t , la proporci´on de 14 C restante determina el tiempo que ha pasado desde la muerte (no se necesita conocer N 0 ), es lo que se llama dataci´on por carbono 14. a) ¿Qu´e porcentaje de 14 C se ha perdido despu´es de 100 a˜nos?, ¿y despu´es de 10000 a˜nos? b) Se define la semivida del 14 C como el tiempo necesario para que el 50 % de los ´atomos se hayan desin- tegrado. Calcula la semivida del 14 C. c) Se hallan unos restos que contienen el 60 % del 14 C esperado (N 0 ), ¿qu´e edad tienen esos restos?

  1. Se introduce un pat´ogeno en una poblaci´on de bacterias en el instante t = 0, la cantidad de bacterias va disminuyendo seg´un pasa el tiempo. la relaci´on entre el tiempo t (en horas) y el n´umero de bacterias es aproximadamente B(t) = 25000 e−^2 t. a) ¿Cu´antas bacterias hay despu´es de tres horas? b) ¿Cu´anto tiempo tiene que transcurrir para que solamente quede un 1 % de la cantidad inicial de bacterias?
  2. Si el crecimiento de una poblaci´on es de un 2 % por unidad de tiempo e inicialmente hay N 0 = 150 individuos, ¿cu´al es la velocidad de crecimiento de la poblaci´on en el instante t = 5?, ¿y en t = 30?
  3. La presi´on atmosf´erica disminuye aproximadamente un 12 % cada 1000 m de altitud , la presi´on a nivel del mar es aproximadamente 1013 hPa (hectopascales). ¿Qu´e presi´on atmosf´erica hay en el Teide (3718 m de altitud)?, ¿y en Pe˜nalara (2428 m de altitud)?
  4. La esperanza de vida (al nacimiento) ha ido aumentando en la mayor´ıa de los pa´ıses desarrollados desde el principio del siglo XX. En un cierto pa´ıs, la esperanza de vida, y, en a˜nos, en funci´on del tiempo t, en d´ecadas, es aproximadamente y = 43 + 14 ln t, para t ≥ 1 , donde t = 1 corresponde al a˜no 1900. a) ¿Cual era la esperanza de vida en el a˜no 2000 seg´un este modelo? b) Representar la funci´on y = 43 + 14 ln t, para t ≥ 1. c) ¿Cu´al ser´ıa la esperanza de vida en el a˜no 2050 seg´un este modelo? d ) Halla el a˜no para el que la esperanza de vida crece un a˜no por cada d´ecada.
  5. La relaci´on entre el metabolismo basal , y (energ´ıa m´ınima que consume un organismo para mantenerse vivo, en kilojulios/hora) y la masa corporal, x (en gramos) de un cierto tipo de mam´ıferos es aproximadamente y = 0, 0692 x^0 ,^72 para x > 0. a) Representa la funci´on y = 0, 0692 x^0 ,^72. b) Representa las funciones y = 0, 2 x^3 /^4 y y = 0, 2 x^4 /^3. c) ¿Qu´e diferencia hay entre una funci´on del tipo y = xb^ con b < 1 y una del tipo y = xc^ con c > 1?
  6. Se est´a haciendo el seguimiento de una epidemia en un pa´ıs. El n´umero acumulado de casos detectados por cada 100000 habitantes, N , en funci´on del tiempo, t, (en semanas), a partir del momento (t = 0) en el que se inicia el seguimiento de la epidemia es aproximadamente

N (t) =

1 + 150e−^0 ,^4 t^

a) Calcula el valor de N al comenzar el seguimiento de la epidemia. ¿Qu´e ocurre con N a largo plazo? Si la poblaci´on total del pa´ıs es de 10 millones de habitantes, ¿cu´antos casos detectados hay en total al comienzo y a largo plazo? b) Calcula con detalle la primera y segunda derivada de la funci´on, y extrae de ellas todas las conclusiones posibles. c) ¿Cu´antos casos acumulados hay en total en todo el pa´ıs en el peor momento de la epidemia, es decir, en el momento en el que N aumenta a mayor velocidad?

funci´on que expresa (aproximadamente) el n´umero, N , de especies diferentes en una superficie cuadrada, en funci´on de la longitud, x (en metros), del lado del cuadrado, es la siguiente: N = 10 + 5 ln(x^2 ) (para x ≥ 1) a) Explica razonadamente todo lo que puedas obtener a partir de las dos primeras derivadas. b) ¿Cu´al ser´ıa el n´umero de especies diferentes en un cuadrado de lado 2 metros? ¿Y en un cuadrado con 100 metros cuadrados de ´area?

  1. En una plantaci´on de alcornoques (Quercus suber), se lleva a cabo una explotaci´on sostenible de corcho. Durante el primer a˜no se obtienen 2000 kg de corcho y, posteriormente, cada a˜no se obtiene un 2 % m´as (gracias a una reforestaci´on respetuosa con el medio ambiente). a) ¿Cu´anto corcho se obtendr´a durante el d´ecimo a˜no? b) ¿Cu´anto corcho se obtendr´a en total en los 10 primeros a˜nos? c) ¿Cu´al tendr´ıa que haber sido el ritmo de crecimiento anual del corcho obtenido, para conseguir durante el quinto a˜no la misma cantidad que has calculado en el primer apartado para el d´ecimo a˜no?
  2. Los nitratos se encuentran de manera natural en los vegetales, especialmente en las hortalizas de hoja verde, como las espinacas y la lechuga. Los nitratos en s´ı son relativamente poco t´oxicos. Su toxicidad viene determinada por su reducci´on a nitritos en el cuerpo humano que, en altas concentraciones, pueden originar metahemoglobinemia. En un estudio sobre la concentraci´on de nitratos (en mg/kg) en las espinacas de una plantaci´on se ha observado que var´ıan a lo largo del a˜no seg´un la funci´on: N (t) = 100 sen(30t) + 100 cos(30t) + 2000 , para 0 ≤ t ≤ 12 , donde t es el tiempo en meses, t = 0 corresponde al 1 de enero, y t = 12 corresponde al 31 de diciembre. (El ´angulo que aparece en la funci´on est´a expresado en grados). a) Calcula la concentraci´on al principio del mes de marzo. b) Calcula la primera derivada y util´ızala para estudiar crecimientos, decrecimientos, m´aximos y m´ınimos de la concentraci´on de nitratos a lo largo del a˜no.
  3. El n´umero de cabezas de ganado vacuno en una regi´on se ve afectado por una epidemia. Como consecuencia, este n´umero empieza a disminuir, hasta que las eficaces medidas del gobierno comienzan a solucionar la situaci´on. La funci´on que describe, aproximadamente, la evoluci´on de N , n´umero de cabezas de ganado (en miles), en funci´on del tiempo t (en a˜nos) es:

N (t) =

5 t^2 − 4 t + 8 t^2 + 1

, para t ≥ 0.

a) N´umero de cabezas de ganado al comenzar el problema. b) ¿Cu´ando se hace m´ınimo el n´umero de cabezas de ganado vacuno? ¿Cu´al es el n´umero de reses en el peor momento? c) ¿Cu´al es la velocidad de crecimiento del n´umero de reses al cabo de 3 a˜nos? d ) ¿En qu´e valor tiende a estabilizarse N cuando va pasando el tiempo? e) Hacer una representaci´on aproximada de la evoluci´on de N.

  1. Dos especies de paramecios (paramecium aurelia y paramecium caudatum) compiten en un nicho ecol´ogico por los mismos recursos. El n´umero de individuos de paramecium caudatum por mililitro (N ) en este ecosistema viene dado por la funci´on: N = 200(4t + 1)e−^3 t^ (t = tiempo en d´ıas). a) N´umero de individuos de paramecium caudatum al empezar el estudio. b) Calcular el n´umero m´aximo de individuos e indicar cuando se alcanza. c) ¿Qu´e ocurre con la poblaci´on a largo plazo?
  2. En una gran ciudad se lleva a cabo un ambicioso proyecto de reducci´on de di´oxido de nitr´ogeno para mejorar la calidad del aire. La funci´on que expresa la cantidad de di´oxido de nitr´ogeno en microgramos por metro c´ubico (μg/m^3 ) en funci´on del tiempo (en meses) es: C(t) = 20 + 30e−^2 t^ para t ≥ 0.

a) Halla la cantidad de di´oxido de nitr´ogeno al comienzo y a largo plazo. ¿Cu´ando se conseguir´a la cantidad de 25 μg por metro c´ubico? b) Calcula la primera derivada y, a partir de ella, estudia crecimiento, decrecimiento, m´aximos y m´ınimos de la funci´on. ¿Cu´al es la velocidad de aumento o disminuci´on de la contaminaci´on al cabo de 6 meses? c) Calcula la segunda derivada y, a partir de ella, estudia tipos de concavidad y puntos de inflexi´on de la funci´on. Finalmente, utiliza todo lo obtenido para representar la funci´on.

  1. Considerar el modelo exponencial f (t) = N 0 ebt^ correspondiente a un crecimiento del 10 % en cada unidad de tiempo, partiendo de un valor inicial de N 0 = 200 (en t = 0). a) Hallar el polinomio de Taylor de grado 3 para aproximar f (t) alrededor de t = 0. b) Comparar el valor exacto y el aproximado del tama˜no de la poblaci´on al cabo de 2 unidades de tiempo.