Derivadas; aplicaciones de las derivadas Problema 1: La función f(t), 0 t 10, en la que el tiempo t está expresado en años, representa los beneficios de una empresa (en cientos de miles de euros) entre los años 1990 (t = 0) y 2000 (t = 10) Es continua esta función? Es derivable? Problema 2: La función representa, en miles de euros, el beneficio neto de un proceso de venta, siendo x el número de artículos vendidos. Calcula el número de artículos que deben venderse para obtener el máximo beneficio y determina dicho beneficio máximo. Problema 3: Dada la parábola f(x) = x 2 5x + 8 a) En qué punto de la gráfica la tangente es paralela a la bisectriz del primer y tercer cuadrantes? b) Halla la ecuación de la recta tangente a la parábola en el punto P(1, 4) c) Dibuja en unos mismo ejes, la parábola, la bisectriz del primer y tercer cuadrantes, la tangente paralela a la bisectriz del primer y tercer cuadrantes y la recta tangente en el punto P(1, 4)
Problema 4: El beneficio en euros por kilogramo de un alimento perecedero se estima que viene dado por la función B(x) = 4x 2x 2 0,68 donde x es el precio en euros de cada kilogramo del alimento. a) Entre qué precios por kilogramo se obtienen beneficios? b) A qué precio se obtiene el máximo beneficio? c) Si en un comercio se tienen 1000 kilogramos de ese alimento Qué beneficio máximo puede obtener? Problema 5: Los beneficios (en miles de euros) por la venta de un producto en función de la inversión realizada en promoción (en miles de euros) vienen dados por: Es continua esta función? Es derivable? Problema 6: La gráfica de la función derivada de una función f es la parábola de vértice (0, 2) que corta al eje de abscisas en los puntos ( 3, 0) y (3, 0). A partir de dicha gráfica, determina los intervalos de crecimiento y decrecimiento de la función f Problema 7: Se considera la función f(x) = ax 3 + b ln x siendo a y b parámetros reales. Determina los valores de a y b sabiendo que f(1) = 2 y que la derivada de f(x) es nula en x = 1
Problema 8: Los beneficios anuales B(x), en miles de euros, previstos por una empresa para los próximos años vienen dados por la siguiente función, donde x representa el número de años a partir del actual: a) Cuántos años han de transcurrir para que la empresa obtenga el máximo beneficio y cuál es el valor de dicho beneficio? Justifica que es máximo. b) Puede esta empresa tener pérdidas algún año? Por qué? Problema 9: Sea la función f definida por a) Estudia la continuidad y derivabilidad de f b) Calcula la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función en el punto de abscisa x = 1 Problema 10: Se quiere fabricar una caja de volumen máximo que sea el doble de larga que de ancha en la que, además, la suma del ancho más el largo más el alto sea igual a un metro. a) Qué medidas debe tener la caja? b) Qué volumen tendrá?
Problema 11: Se considera la curva de ecuación cartesiana y = x 2 + 8x, calcular las coordenadas del punto en el que la recta tangente a la curva es paralela a la recta y = 2x Problema 12: En una factoría la función de costes es C(x) = x 3 3ln x, donde x > 0 es el número de toneladas que se producen. a) Calcula el coste mínimo, si existe, y el número de toneladas que se han de producir para alcanzar dicho coste. b) Si la función de ingresos es I (x) = x 3 + 12x, escribe la función de beneficios. c) Calcula los intervalos en los que la función de beneficios es creciente o decreciente y di si existe beneficio máximo y en caso afirmativo el número de toneladas que se han de producir para alcanzar dicho beneficio. Problema 13: Si f es la derivada de la función dada por calcula f ( 0,5) Problema 14: La función f definida por f(x) = x 3 + ax 2 + bx + c verifica que su gráfica pasa por el punto ( 1, 0) y tiene un máximo relativo en el punto (0, 4). Determina la función f (calculando a, b y c).
Soluciones. Problema 1: Los únicos puntos problemáticos son t = 2 y t = 6 Continuidad para t = 2 Para que la función sea continua, los límites laterales deben existir y ser iguales al valor de la función. Derivabilidad para t = 2 Para que sea derivable en t = 2, las derivadas laterales deben ser iguales. f (2 ) = f (2 + ) La función es derivable en t = 2 Continuidad para t = 6 Para que la función sea continua, los límites laterales deben existir y ser iguales al valor de la función. Derivabilidad para t = 6 Para que sea derivable en t = 6, las derivadas laterales deben ser iguales.
f (6 ) f (6 + ) La función no es derivable en t = 6 Problema 2: no tiene sentido) (el resultado negativo B(4) = 1 A(4, 1) es un máximo relativo. Para 4 artículos vendidos se obtiene el máximo beneficio que son 1000 euros Problema 3: a) La pendiente de la bisectriz del primer y tercer cuadrante es 1 Como la pendiente de la recta tangente viene dada por la derivada de f(x): y = 2x 5 2x 5 = 1 2x = 6 x = 3 y = 3 2 5 3 + 8 = 9 15 + 8 = 17 15 = 2 El punto es Q(3, 2) b) Ecuación de la recta tangente en el punto P(1, 4) Ecuación punto pendiente: y f(a) = f (a)(x a) f (x) = 2x 5 f (1) = 2 1 5= 3 y 4 = 3(x 1) y 4 = 3x + 3 y = 3x + 7 c) Representación gráfica: Problema 4:
a) La función beneficio viene dada por una parábola que tiene un máximo. Produce beneficios cuando B(x) > 0. B(x) = 0 4x 2x 2 0,68 = 0 x = 0,19, x = 1,81. En el intervalo (0,19; 1,81) es donde se obtienen beneficios. b) El beneficio máximo se obtiene en el vértice Para x = 1 euro/kg se obtiene el máximo beneficio de 1,32 euros (El resultado también se puede obtener resolviendo B (x) = 0) c) 1000 1,32 = 1320 euros Problema 5: Continuidad El único punto problemático es x = 3 Para que la función sea continua, los límites laterales deben existir y ser iguales al valor de la función. Derivabilidad Para que sea derivable en x = 3, las derivadas laterales deben ser iguales. f (3 ) f (3 + ) La función no es derivable en x = 3 Problema 6:
Problema 7: f(1) = 2 a 1 3 + b ln 1 = 2 a 1 + b 0 = 2 a = 2 f (x) = 3ax 2 + b/x, como f (1) = 0 3a 1 2 + b/1 = 0 3a + b = 0 b = 3a b = 6 Problema 8: a) B (x) = 0 25x 2 + 400 = 0 x = 4, x = 4 (la solución negativa no tiene sentido) En el cuarto año se alcanza el máximo que es 3125 euros b) Como Luego la empresa no puede tener pérdidas ningún año. Problema 9: a) Continuidad
La función está definida por una función racional y una polinómica que no tienen puntos de discontinuidad en sus dominios de definición. El único punto problemático es x = 0 Para que la función sea continua, los límites laterales deben existir y ser iguales al valor de la función. Derivabilidad Para que sea derivable en x = 0, las derivadas laterales deben ser iguales. f (0 ) f (0 + ) La función no es derivable en x = 0 b) Ecuación de la recta tangente: Ecuación punto pendiente: y f(a) = f (a)(x a) x = 1 f(1) = 1 2 + 1 = 2 P(1, 2) f (x) = 2x + 1 f (1) = 2 1 + 1 = 3 y 2 = 3(x 1) y 2 = 3x 3 y = 3x 1 Problema 10: a) Datos, incógnita y dibujo. Función que hay que maximizar es: f(x, y) = 2x 2 y sujeta a la restricción: 3x + y = 1 y = 1 3x
Se escribe la función con una sola variable f(x) = 2x 2 (1 3x) = 2x 2 6x 3 Se calculan los máximos y los mínimos f (x) = 4x 18x 2 ; 4x 18x 2 = 0 x = 2/9, x = 0 (x = 0 no tiene sentido) Se comprueba en la 2ª derivada f (x) = 4 36x f (2/9) = 4 < 0 ( ) Para x = 2/9 se alcanza el máximo. Solución Para x = 2/9, y = 1/3, se tiene que las dimensiones de la caja son 2/9 m de ancho, 4/9 m de largo y 1/3 m de alto. b) El volumen será: Problema 11: La pendiente de la recta tangente tiene que ser 2 por ser paralela a la recta y = 2x Como la pendiente de la recta tangente viene dada por la derivada de la función: y = 2x + 8 2x + 8 = 2 2x = 6 x = 3 y = ( 3) 2 + 8( 3) = 9 24 = 15 El punto es P( 3, 15) Problema 12: a) C (x) = 0 3x 3 3 = 0 x = 1 C(1) = 1; A(1, 1) C (1) = 9 > 0 A(1, 1) es un mínimo relativo. Para x = 1 tonelada, se alcanza el coste mínimo que es 1 b) La función beneficios es B(x) = I(x) C(x) = 12 x + 3ln x c)
B (x) = 0 12x + 3 = 0 x = 1/4 No tiene sentido porque x debe ser mayor que cero. B (x) > 0 para todo x > 0. Luego la función beneficio es creciente Problema 13: Problema 14: Como f( 1) = 0 1 + a b + c = 0 (1) f (0) = 0 f (x) = 3x 2 + 2ax + b b = 0 (2) f(0) = 4 c = 4 (3) Resolviendo el sistema formado por (1), (2) y (3), se tiene: