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Topos Uranos

Aplicaciones de las derivadas: introducción

Resumen

Esta clase abre la última unidad del curso, que pasa de lo que la derivada dice en un punto a lo que dice en un intervalo. Presenta el recorrido de la unidad: el teorema de Weierstrass asegura que una función continua en un intervalo cerrado y acotado alcanza su máximo y su mínimo; el de Fermat los localiza donde la derivada se anula; los de Rolle, Lagrange y Cauchy convierten el signo de la derivada en información sobre un intervalo entero, y de ellos salen la regla de L'Hôpital, la monotonía, los criterios de extremos, la concavidad, la curvatura, la optimización y el método de Newton-Raphson. Reconstruye la historia de esos resultados, desde el método de Fermat para los máximos hasta el teorema de Darboux, en un orden casi inverso al de la unidad; formula el problema que la recorre, el paso de lo local a lo global, y muestra con un ejemplo en los números racionales que ese paso depende de la completitud de los reales. Termina señalando dónde se emplean estas aplicaciones en otros cursos del sitio y en la ciencia y la técnica.

Objetivos de aprendizaje

  1. Describir el recorrido de la unidad y explicar qué demuestra cada clase y de qué resultados anteriores se sirve.
  2. Explicar por qué las conclusiones globales sobre una función, como la existencia de un máximo, la monotonía o la convergencia de un método, exigen, además de la derivada, la completitud de los números reales.
  3. Situar en su contexto histórico los resultados de la unidad, desde el método de Fermat para los máximos hasta el teorema de Darboux, y distinguir el orden en que se descubrieron del orden en que se demuestran.
  4. Señalar dónde intervienen las aplicaciones de las derivadas en otros cursos y en aplicaciones científicas y técnicas.

Evaluación de entrada

Antes de recorrer la unidad conviene medir el punto de partida. Esta autoevaluación no califica: sirve para saber dónde detenerse. Las nueve primeras preguntas tocan, en orden, las nueve clases de contenido de la unidad, una cada una, y miden la comprensión de su resultado central (qué asegura, bajo qué hipótesis, qué no asegura), no un enunciado que se recuerde; las mismas destrezas se vuelven a medir al final, en la clase de síntesis, con otros datos. Las cinco últimas comprueban lo que esta unidad da por sabido de las dos anteriores: el teorema de Bolzano, el signo de la derivada en un punto, la segunda derivada, la derivación implícita y los infinitésimos equivalentes.

Evaluación de entrada

Antes de comenzar la unidad, mide tu punto de partida. Es una autoevaluación breve: no se califica y su resultado se guarda solo en tu navegador.

  1. Pregunta 1¿En cuál de estos casos asegura el teorema de Weierstrass que la función alcanza su valor máximo en el conjunto indicado?

  2. Pregunta 2Una función ff es derivable en R\mathbb{R}, con f(0)=1f(0) = 1 y ∣f′(x)∣≤2\abs{f'(x)} \leq 2 para todo xx. ¿Qué se puede asegurar sobre f(3)f(3)?

  3. Pregunta 3Calcular lim⁡x→0x2sin⁡1xsin⁡x\lim_{x \to 0} \frac{x^2 \sin\frac{1}{x}}{\sin x}.

  4. Pregunta 4¿Es estrictamente creciente en R\mathbb{R} la función f(x)=x+cos⁡xf(x) = x + \cos x?

  5. Pregunta 5Una función ff es continua en [0,4]\icc{0}{4} y derivable en cada punto de (0,4)\ioo{0}{4} salvo en 11, y su derivada solo se anula en 33. Si f(0)=2f(0) = 2, f(1)=−1f(1) = -1, f(2)=3f(2) = 3, f(3)=5f(3) = 5 y f(4)=4f(4) = 4, ¿cuáles son sus valores máximo y mínimo absolutos en [0,4]\icc{0}{4}?

  6. Pregunta 6¿Cuáles son los puntos de inflexión de f(x)=x5−5x4f(x) = x^5 - 5x^4?

  7. Pregunta 7¿Cuál es la circunferencia osculatriz al gráfico de f(x)=1xf(x) = \frac{1}{x} en el punto (1,1)(1, 1)?

  8. Pregunta 8¿Cuáles son los puntos de la parábola y=x2y = x^2 más cercanos al punto (0,2)(0, 2)?

  9. Pregunta 9La función f(x)=ex−3f(x) = e^x - 3 es creciente y convexa en R\mathbb{R}, y su raíz es ln⁡3\ln 3, cercana a 1,09861{,}0986. ¿Qué hacen las iteraciones de Newton-Raphson a partir de x0=0x_0 = 0?

  10. Pregunta 10De unidades anterioresUna función ff es continua en [0,1]\icc{0}{1}, con f(0)=1f(0) = 1 y f(1)=−1f(1) = -1. ¿Qué se puede asegurar?

  11. Pregunta 11De unidades anterioresUna función ff está definida en un intervalo abierto que contiene a aa, y f′(a)>0f'(a) > 0. ¿Qué se puede asegurar?

  12. Pregunta 12De unidades anterioresCalcular f′′(1)f''(1) para f(x)=x2ln⁡xf(x) = x^2 \ln x.

  13. Pregunta 13De unidades anterioresLa ecuación x2+xy+y2=3x^2 + xy + y^2 = 3 define cerca del punto (1,1)(1, 1) una función derivable y(x)y(x), con y(1)=1y(1) = 1. ¿Cuánto vale y′(1)y'(1)?

  14. Pregunta 14De unidades anterioresCalcular lim⁡x→0ln⁡(1+x2)1−cos⁡x\lim_{x \to 0} \frac{\ln\left(1 + x^2\right)}{1 - \cos x}.