Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 1

Transcripción

1 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 1 1 Función lineal 1.1 La función lineal Sea f una función tal que, f : IR! IR. Se llama función lineal si f (x) = mx + b con m, b 2 IR. El dominio, el codominio y el ámbito de la función lineal es el conjunto de los números reales (IR). Las siguientes son funciones lineales: 1. La función g de nida por g (x) = p 3x 2 es una función lineal, con m = p 3 y b = 2 2. La función s de nida por s (x) = 11x es una función lineal, con m = 11 y b = 0 3. La función j de nida por j (x) = 13 es una función lineal, con m = 0 y b = 13 Notemos que las funciones lineales son funciones polinomiales de grado uno con coe ciente principal m y término constante b o de grado cero con término constante b. Nota: Como la imagen de x por la función f usualmente se denota con y, es decir y = f (x), es frecuente escribir.y = mx + b: Recta El nombre de función lineal se origina ya que su representación grá ca corresponde a una línea recta, por lo tanto se llama recta al grá co de una función lineal. Si L es una recta de nida por L = f(x; y) = y = mx + bg con m y b constantes reales, diremos que L es la recta cuya ecuación es y = mx + b de esta forma decimos que la ecuación está ordenada. Pendiente de la recta Sean m, b 2 IR y sea L la recta cuya ecuación es y = mx + b:al valor m se le conoce como la pendiente de la grá ca de la función, e indica la inclinación de la recta con respecto al eje x; midiendo en sentido antihorario. La fórmula para calcular la pendiente de una recta (una función lineal) que pasa por los puntos (x 1 ; y 1 ) y (x 2 ; y 2 ) esta dada por: Ejemplos m = y 1 y 2 x 1 x 2 con x 1 6= x 2 1. El valor de la pendiente de la recta cuya ecuación es es y = 3x 2 es El valor de la pendiente de la recta cuya ecuación es es y = x es 1 2.

2 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 2 El valor de la pendiente nos indica el grado de inclinación de la grá ca de la función lineal con respecto al eje x, de donde podemos señalar la siguiente propiedad sobre la monotonía de la función: Sea f es una función lineal f (x) = mx + b con f : IR! IR, entonces: Si m > 0, la función es estrictamente creciente. Si m < 0, la función es estrictamente decreciente. Si m = 0, la función es constante. El valor de b representa la intersección de la grá ca con el eje de las ordenadas (eje y), por lo que se dice que la recta interseca al eje y en el punto (0; b) : Y se puede determinar con un simple despeje sobre el criterio de la función, conociendo un punto del grá co de la función (x 0 ; y 0 ): y 0 = m x 0 + b =) b = y 0 m x 0 Proposición: Dados dos puntos existe una y sólo una recta que los contiene. Así, si conocemos dos puntos A (x 1 ; y 1 ) y B (x 2 ; y 2 ), podemos hallar la ecuación de la recta que los contiene, de la siguiente manera: 1. Encontrar la pendiente m de la recta. 2. Conociendo el valor de m y las coodenadas de un único punto A (x 1 ; y 1 ) ó B (x 2 ; y 2 ) podemos depejar b de y 1 = mx 1 + b ó y 2 = mx 2 + b: 3. Conociendo m y b podemos escribir la ecuación de la recta y = mx + b. Ejemplo: 1. Considere los puntos P (1; 2) y Q ( 1; 3) y determine: a. el criterio de la función lineal, cuya grá ca contine a los puntos P y Q: b. si la recta anterior es estrictamente creciente o estrictamente decreciente. Solución: a. Para determinar el criterio de una función lineal y = mx + b, basta encontrar las constantes reales m y b correspondiente a la pendiente y la intersección con el eje y respectivamente:

3 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 3 Sabemos que m = y 1 y 2 ; donde podemos tomar P x1 y1 (1; 2) y Q x 2 y 2 ( 1; 3) es decir: x 1 = x 1 x 2 1; y 1 = 2 y x 2 = 1; y 2 = 3, entonces: y 1 = mx 1 + b utilicemos el punto P m = y 1 y 2 x 1 x 2 2 = b = = = b = b b = 5 2 Por lo que el criterio de la función lineal esta dado por y = 1 2 x + 5 x + 5, o bien f (x) = 2 2 b. La función anterior es una función estrictamente decreciente, pues m = 1 2 < 0. Ejercicios 1. Halle la ecuación de la recta que contiene a los puntos (3; 2) y (5; 6) : R/ y = 2x Si f es una función lineal tal que f ( 2) = 3 y f (5) = 2; halle el criterio de f: R/ 5x + 11 y = 7 3. Hallar la ecuación de la recta que contiene al punto (2; 3) y tiene una pendiente igual a 2. Nota: En algunos casos la ecuación de la recta no está ordenada, así para identi car el valor de la pendiente y el valor de b de la ecuación, es conveniente ordenarla de la forma ya descrita. Ejemplo Hallar la pendiente m y la intersección b con el eje y de la recta cuya ecuación es 5x y+2 = 0

4 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 4 Solución: Debemos llevar la ecuación 5x y + 2 = 0 a la forma y = mx + b: 5x y + 2 = 0 =) y = 5x 2 =) y = 5x 2 1 =) y = 5x 1 =) y = 5x De donde es claro que m = 5 y b = 2. Ejercicio: 1. Hallar la pendiente m y la intersección b con el eje y de la recta cuya ecuación es 3 3y + 6x = 0: R/ m = 2 y b = 1 2. Hallar la pendiente m y el punto de intersección con el eje y de la recta cuya ecuación es 5x 10y + 2 = 0? R/ m = 1 2 ; y el punto de intersección con el eje y es 0; 1 : 5 3. Hallar la pendiente m y la intersección b con el eje y de la recta cuya ecuación es 3 + 6x 3y = 0? R/ m = 2 b = Grá ca de una función lineal. Considere f : IR! IR una función lineal con criterio f (x) = mx + b; o bien, y = mx + b; con m; b 2 IR: La representación grá ca de f corresponde a una linea recta formada por todos los pares ordenados de la forma (x; y) ; tales que y = mx + b: Dado que una recta queda determinada si se conocen dos de sus puntos, entonces para trazar su grá ca basta conocer al menos dos de ellos, generalmente, siempre que sea posible podemos buscar las intersección de la recta con los ejes coordenados, sin embargo cualquier par de puntos sobre la recta funcionan para este efecto. Para determinar dos puntos sobre la grá ca de la función lineal, basta tomar dos valores convenientes en el dominio y encontrar sus respectivas imagenes. Además recordemos que para determinar las intersección con los ejes de una recta L cuya ecuación es y = mx + b están dadas por: La intersección con el eje x se da en el punto representado por el par ordenado (x 0 ; 0) : La intersección con el eje y se da en el punto representado por el par ordenado (0; y 0 ) :

5 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 5 De nición Dada una recta, representada en un plano cartesiano; existen sólo 4 posibilidades para ella: i) Estrictamente creciente ii) Estrictamente decreciente Note que: iii) Recta horizontal (constante) iv) Recta vertical 1. En el caso iv) la recta dada no puede representar la grá ca de una función. En este caso la ecuación de este tipo de recta viene dada por x = x 1 : 2. En el caso iii), observe que 8x 2 IR se cumple que y = b. Por lo tanto, esta recta sí puede representar la grá ca de una función lineal; cuyo criterio es de la forma y = b; b 2 IR; esta función se denomina función lineal constante. Observación: En el criterio y = b; se tiene que y = 0 x + b; por lo tanto m = 0; de donde podemos veri car que la recta no tiene inclinación. Ejemplo: Trazar la grá ca de la recta cuya ecuación es y = 4x + 8 (*) Solución: Recordemos que es necesario dos puntos diferentes cualesquiera sobre la recta, para este caso las intesecciones con los bastarán para este trabajo a. Encontrar la intersección con el eje x; para lo cuál hacemos y = 0 en (*) 0 = 4x = 4x 8 4 = x ) x = 2 Por lo tanto el punto de intersección con el eje x es ( 2; 0)

6 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 6 b. Encontrar la intersección con el eje y; para lo cuál hacemos x = 0 en (*) y = y = 8 Por lo tanto el punto de intersección con el eje y es (0; 8) c. Teniendo los dos puntos anteriores podemos gra carlos en el sistema de coordenadas rectangulares, luego podemos trazar la recta que contiene a esos puntos como se muestra en la siguiente gura: ( 0,8) ( 2,0) De nición (función identidad). Sea f una función real de variable real, se dice que f es la función identidad si 8x 2 D f ; se cumple que f (x) = x: Ejercicio: Realice la grá ca de la función f : IR! IR; de nida por f (x) = x: Rectas paralelas y perpendiculares. De nición (Rectas paralelas). Sean f y g funciones lineales; con criterios y = m 1 x+b 1 y y = m 2 x+b 2 ; respectivamente. Las grá cas de f y g corresponden a rectas paralelas, si sólo si m 1 = m 2 : Notación: Se acostumbra denotar que las grá cas de f y g son paralelas, de la forma fkg: Entonces bajo este convenio, la de nición anterior se denota: fkg () m 1 = m 2 De nición (Rectas perpendiculares). Sean f y g funciones lineales; con criterios y = m 1 x+b 1 y y = m 2 x+b 2 ; respectivamente. Las grá cas de f y g corresponden a rectas perpendiculares, si sólo si m 1 m 2 = 1: Notación: Se acostumbra denotar que las grá cas de f y g son perpendiculares, de la forma f? g: Entonces bajo este convenio, la de nición anterior se denota: f? g () m 1 m 2 = 1

7 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 7 Algunos ejemplos 1. Halle la ecuación de recta que pasa por el punto (2; 3) y es paralela a la recta 4x 2y 4 = 0: R/ y = 2x 7 2. Halle la ecuación de la recta que pasa por el punto ( 2; 5) y es paralela a la recta que pasa por los puntos ( 1; 3) y ( 3; 4) :R/. y = 7 2 x 2: 3. Halle el criterio de las funciones lineales paralelas f y g representadas en las siguiente grá ca. y 10 5 x 4 f R/ f (x) = 2x + 10 y g (x) = 2x 4: 4. Si las grá cas de las funciones f (x) = (7 2k) x + kx + 5 y g (x) = 3 (4k 1) x representan rectas paralelas; halles el valor de k: R/ k = 2: 5. Halle la ecuación de la recta que pasa por el punto (2; 3) y que es perpendicular a la recta con ecuación 2x 3y 1 = 0: R/ y = 3 2 x: 6. Halle la ecuación de la recta que pasa por el punto ( 1; 2) y es perpendicular a la recta que pasa por ( 3; 1) y (2; 3) : R/ y = 5 2 x : 7. Halle las ecuaciones de las rectas perpeniculares f y g representadas en la siguiente grá ca. y 4 6 x 9

8 Función Lineal Prof. Natalia Rodríguez 8 Respuesta: f (x) = 2 3 x + 4 y g (x) = 3 2 x 9