APLICACIONES DE LA DERIVADA Ecucación de la recta tangente Ejercicio nº 1.Halla las rectas tangentes a la circunferencia: x2 + y2 + 2x + 2y − 6 = 0 en x0 = 1

Ejercicio nº 2.Dada la función f (x ) = x 2 e x abscisa x0 = −1.

2

−1

, escribe la ecuación de su recta tangente en el punto de

Ejercicio nº 3.Halla la ecuación de la recta tangente a la curva y =

x (2 x + 1) x +2

en x 0 = 2.

Ejercicio nº 4.Obtén la ecuación de la recta tangente a la curva: y=

4x − 2 en x 0 = 1 x ( x 2 + 1)

Ejercicio nº 5.Escribe la ecuación de la recta tangente a la curva x2 + y2 − 2x − 4y = 0 en el punto (0, 4).

Monotonía y curvatura Ejercicio nº 6.Estudia el crecimiento y la curvatura de la siguiente función. Halla sus máximos, mínimos y puntos de inflexión: f (x ) =

x4 x3 − − x2 +1 12 9

Ejercicio nº 7.Estudia los intervalos de crecimiento y los máximos y mínimos de la función: f (x ) =

x2 + x +1 ex

1

Ejercicio nº 8.Dada la función: f (x) = 3x4 + 8x3 − 6x2 − 24x a) Estudia su crecimiento y halla sus máximos y mínimos. b) Estudia su curvatura y obtén sus puntos de inflexión.

Ejercicio nº 9.Halla los intervalos de crecimiento y los máximos y mínimos de la función: f (x ) =

x 2 − 2x + 2 x −1

Ejercicio nº 10.Halla los máximos, mínimos y puntos de inflexión de la función: f (x) = (x − 2)3 (x + 1) Di dónde es creciente, decreciente, cóncava y convexa.

Optimización de funciones Ejercicio nº 11.El lado de un cuadrado tiene una longitud de 4 metros. Entre todos los cuadrados inscritos en el cuadrado dado, halla el de área mínima:

Ejercicio nº 12.Un depósito abierto de latón con base cuadrada y capacidad para 4 000 litros, ¿qué dimensiones debe tener para que su fabricación sea lo más económica posible?

Ejercicio nº 13.Una huerta tiene actualmente 24 árboles, que producen 600 frutos cada uno. Se calcula que, por cada árbol adicional plantado, la producción de cada árbol disminuye en 15 frutos. ¿Cuál debe ser el número total de árboles que debe tener la huerta para que la producción sea máxima? ¿Cuál será esa producción?

Ejercicio nº 14.Un transportista va de una ciudad A a otra B a una velocidad constante de x km/h por una carretera en la que debe cumplirse que 35 ≤ x ≤ 55. El precio del carburante es de 0,6 euros el litro y el consumo es de 10 + x2/120 litros por hora. El conductor cobra 8 euros por hora y la distancia entre A y B es de 300 km. Halla la velocidad a la que debe ir para que el viaje resulte lo más económico posible.

2

Ejercicio nº 15.La hipotenusa de un triángulo rectángulo mide 1 dm. Hacemos girar el triángulo alrededor de uno de sus catetos. Determina la longitud de los catetos de forma que el cono engendrado de esta forma tenga volumen máximo.

Regla de L´Hôpital Ejercicio nº 16.Calcula, utilizando la regla de L'Hôpital: a) lím x →0

x 2 − sen 2 x x4

(

b) lím 1 + x 2 x →0

)

1 x

Ejercicio nº 17.Halla los siguientes límites: cos 2 x − 1 x →0 x2

a) lím

b) lím (cos 2 x )

3

x2

x →0

Ejercicio nº 18.Calcula los siguientes límites: a) lím x →0

x cos x − sen x x3

1

b) lím x 1− x x →1

Ejercicio nº 19.Calcula los límites: a) lím x →0

x 2 + sen x x 2 − sen x

b) lím

ln x

x → +∞ 3

x

Ejercicio nº 20.Obtén el valor de los siguientes límites: 1 − cos x x →0 tg x

a) lím

1

b) lím x x x → +∞

3

Teorema de Rolle y del valor medio Ejercicio nº 21.Calcula m y n para que la función:  mx + 1 f (x ) =   − 2 x 2 + 3 x + n

si

x ≤1

si

x >1

cumpla las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [0, 3]. ¿Dónde cumple la tesis?

Ejercicio nº 22.Dada la función: 3 − x 2   2 f (x ) =  1 x 

si

x ≤1

si

x >1

Comprueba que satisface las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [0, 2]. ¿Dónde cumple la tesis?

Ejercicio nº 23.Comprueba que y = x − x3 cumple las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [−2, 1]. ¿Dónde cumple la tesis?

Ejercicio nº 24.Calcula a, b y c para que la función: 2 x 2 − ax f (x ) =  bx + c

si si

x 1

cumpla las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [0, 3]. ¿Dónde cumple la tesis?

Solución: • Continuidad en [0, 3]: Si x ≠ 1, la función es continua, pues está formada por funciones continuas.

En x =1 ,

 lím− f ( x ) = lím− x →1  x →1  lím f x = ( ) xlím  x →1+ →1+  f (1) = m + 1

( mx + 1) = m + 1

( −2x

2

)

+ 3 x + n =1 + n

Para que sea continua, ha de ser m + 1 = n + 1 → m = n • Derivabilidad en (0, 3): Si x ≠ 1, es derivable, y su derivada es:

18

m f ' (x ) =  − 4 x + 3

si

x 1

Para que sea derivable en x = 1, han de ser iguales:

( ) ( )

f ' 1− = m   → m = −1 f ' 1+ = −1

• Por tanto, f (x) cumple las hipótesis del teorema del valor medio en [0, 3] si m = n = −1. En este caso, quedaría: si  − x + 1 f (x ) =   − 2 x 2 + 3 x − 1 si

x ≤1 x >1

• Veamos dónde cumple la tesis: f ' (c ) =

f (3 ) − f (0 ) − 10 − 1 − 11 = = 3−0 3 3

f ' (c ) = −1  f ' (c ) = −4c + 3 − 4c + 3 =

si

x ≤1

si

x >1

−11 5 → c = ∈ (0, 3 ) 3 3

Ejercicio nº 22.Dada la función: 3 − x 2   2 f (x ) =  1 x 

si

x ≤1

si

x >1

Comprueba que satisface las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [0, 2]. ¿Dónde cumple la tesis?

Solución: • Continuidad en [0, 2]: Si x ≠ 1, la función es contínua, pues está formada por funciones continuas en los intervalos en los que están definidas.

  3 − x2 = lím− f ( x ) lím 1 = − x →1 x →1 2   1   = = 1 En x 1 ,  lím+ = f ( x ) lím  x →1 x →1+ x        f (1) = 1

lím

x →1

f ( x ) = f (1)

f ( x ) es continua en x = 1

Por tanto, f (x) es continua en [0, 2]. • Derivabilidad en (0, 2):

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Si x ≠ 1, es derivable, y su derivada es: − x   f ' (x ) =  −1  2 x

si

x 1

En x = 1, como f ' (1−) = f ' (1+) = −1, también es derivable, y f ' (1) = −1. Por tanto, f (x) es derivable en (0, 2). Se cumplen las hipótesis del teorema del valor medio; es decir, existe c ∈ (0, 2) tal que: 1 3 − f (2) − f (0 ) 2 2 − 1 f ' (c ) = = = 2−0 2 2

Veamos dónde se cumple la tesis: −x =

−1 1 → x= (si x > 1) 2 2

−1 −1 = → x 2 = 2 → x = 2 (si x > 1) 2 x2

Por tanto, hay dos valores : c1 =

1 y c2 = 2 2

Ejercicio nº 23.Comprueba que y = x − x3 cumple las hipótesis del teorema del valor medio en el intervalo [−2, 1]. ¿Dónde cumple la tesis?

Solución: • La función y = x − x3 es continua y derivable en ; por tanto, será continua en [−2, 1] y derivable en (−2, 1). Luego, cumple las hipótesis del teorema del valor medio. • Entonces, existe c ∈ (−2, 1) tal que: f ' (c ) =

f (1) − f (− 2) 0 − 6 − 6 = = = −2 1 − (− 2) 1+ 2 3

Veamos cual es el valor de c en el que se cumple la tesis: f ' (x) = 1 − 3x2 → f ' (c) = 1 − 3c2 = −2 −3c2 = −3 → c2 = 1 → c = ±1 La tesis se cumple en c = −1 (pues −1 ∈ (−2, 1), pero 1 ∉ (−2, 1)).

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Ejercicio nº 24.Calcula a, b y c para que la función: 2 x 2 − ax f (x ) =  bx + c

si si

x