Calculo diferencial e integral

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introducción al calculo diferencial e integral

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Calculo diferencial e integral

  1. 1. Problemas de cálculo diferencial e integral José Ventura Becerril Espinosa Jaime Grabinsky Steider Judith Omaña Pulido Cutberto Salvador Romero Meléndez Coordinación: Marina Salazar Antúnez Básicas UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Casa abierta al tiempo Azcapotzalco DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  2. 2. Problemas de cálculo diferencial e integral José Ventura Becerril Espinosa Jaime Grabinsky Steider Judith Omaña Pulido Cutberto Salvador Romero Meléndez Coordinación: Marina Salazar Antúnez División de Ciencias Básicas e Ingeniería Departamento de Ciencias BásicasAzcapotzalco UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Casa abiertaal tiempo DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  3. 3. UAM-AZCAPOTZALCO RECTOR Mtro. Víctor Manuel Sosa Godínez SECRETARIO Mtro. Cristian Eduardo Leriche Guzmán COORDINADORA GENERAL DE DESARROLLO ACADÉMICO Mtra. María Aguirre Tamez COORDINADORA DE EXTENSIÓN UNIVERSITARIA DCG Ma. Teresa Olalde Ramos JEFA DE LA SECCIÓN DE PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN EDITORIALES DCG Silvia Guzmán Bofill ISBN: 970-654-501-8 © UAM-Azcapotzalco José Ventura Becerril Espinosa Jaime grabinsky Steider Judith Omaña Pulído Cutberto Salvador Romero Meléndez Coordinación: Marina Salazar Antúnez Ilustracióndeportada: Consuelo Quiroz Reyes DiseñodePortada: Modesto Serrano Ramírez Sección de producción y distribución editoriales Tel. 5318-9222 / 9223 Fax 5318-9222 Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco Av. San Pablo 180 Col. Reynosa Tamaulipas Delegación Azcapotzalco C.P. 02200 México, D.F. Problemas de cálculo diferencial e integral la. edición, 1994 2a. edición, 1999 5a. reimpresión, 2005 Impreso en México DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  4. 4. C O N T E N I D O PRESENTACIÓN 5 CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I • Losnúmeros reales 9 • Funciones 12 • Limites 17 o La derivada 19 • Derivación 24 • Gráficas 28 presentado por: Prof. CutbertoS. Romero Mdéndtz o Desigualdades y gráficas de funciones 31 o Límites 32 o Aplicación de funciones 33 • Aplicaciones de la derivada 38 presentado por: Prof. José V. BecerrilEspinoza. • Evaluaciones 43 CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II • Funciones Trascendentes 55 • La integral. Métodos de integración 60 • Aplicaciones 66 presentado po Profa. Judith Ornaría Pulido DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  5. 5. • Las funciones trascendentes 73 a Aplicaciones 82 • La integral 84 • Algunas aplicaciones de la integral 89 presentado por: Prof. Cutberto S. Romero Meléndez • Evaluaciones 93 o Miscelánea de problemas de aplicación del Cálculo... 107 presentado por: Prof. Jaime Grabinsky Steider DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  6. 6. P R E S E N T A C I Ó N Mayo de 1993 La tarea de enseñar matemáticas a futuros ingenieros no es fácil. Las pregun- tas: ¿Qué "tanta" matemática "debe" enseñarse? ¿Cómo enseñar matemáticas a un estudiante de Ingeniería, a fin de motivarlo en el aprendizaje? ¿Por qué es desagradable la matemática para un futuro ingeniero? ¿Qué utili- dad tendrá para nuestros estudiantes en su desarrollo profesional lo que les estamos enseñando?, no han sido respondidas satisfactoriamente por los pro- fesores de matemáticas. El material aquí presentado, así como el nuevo programa de Cálculo, son un intento preliminar de dar respuesta a estas preguntas. El presente trabajo es una recopilación de problemas de Cálculo Diferen- cial e Integral, los cuales han sido utilizados por sus autores en los cursos de Cálculo I y Cálculo II, que han impartido utilizando los Nuevos Programas de Cálculo durante la etapa previa a su implementación definitiva. Estos nuevos programas están siendo implementados por la coordinación de Cálculo du- rante el actual trimestre 93-P, en forma departamental. En vista de ello, se hace necesario contar con materiales de apoyo tanto para los alumnos, como para los maestros, a fin de que se pueda captar el nuevo enfoque que se ha propuesto en esos programas. Este material de apoyo se presenta dividido en tres partes. En la primera parte aparecen los problemas que se sugieren para Cálculo I presentados por los profesores Cutberto Romero y José V. Becerril; en la segunda parte apare- cen los problemas para Cálculo II sugeridos por la profesora Judith Omaña y el profesor Cutberto Romero. Al final de cada una de estas partes se anexan las evaluaciones realizadas durante el periodo arriba mencionado, aplicadas por dichos profesores. Por último, se da una miscelánea de problemas de aplicación que presenta el profesor Jaime Grabinsky. Profa. Marina Salazar Antúnez, Coordinadora de Cálculo Diferencial e Integral I y II. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  7. 7. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  8. 8. CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  9. 9. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  10. 10. LOS NÚMEROS REALES 1. Demostrar que /Ó y /o son números irracionales. 2. Dar un número irracional que pertenezca al intervalo (1.721, 1.722). 3. Dar un número irracional x que satisfaga: — ~ < x < — ~. 4. Sabiendo que 10~5 < x < 2 • 10~5 y que 9999 < y < 10000, acotar, es decir, dar un intervalo en donde se encuentre, — ^. 5. Escribir (— 1,10] como la unión de dos intervalos, uno abierto y otro cerrado. 6. Expresar (—1,10] como una intersección de dos intervalos de longitud finita. 7. Expresar (—1,10] como una intersección de dos intervalos de longitud infinita. 8. Probar que si —2 < x < 2, entonces —5 < 3a; + 1 < 7. 9. Probar que x 6 [2,5] => ¿ 6 ^ , £]. 10. Para cada uno de los problemas siguientes determinar el conjunto de números reales que satisfacen la condición dada: • 2x - 3 > 5x - 2 • x - 7 < 2(x - 3) + 4 - x • 3f - 8 > 7 f - 27 • 3a;2 - 7x < 0 • (x + 3)2 - 4{x + 3) > 0 • {x - 7)2 > 25 • (2a: + 3)2 < 64 • 25a;2 < -30a; ~ 18 • 4 < a;2 < 9 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  11. 11. • 3x'2 + 7x - 9 <O • 2x- 1> ¿ Y • _I_ > 2 11. Expresar, con la ayuda de intervalos, los números reales que satisfagan la condición dada: • -2.1 < x < 4.31 • 3.41 < -x < 3.42 • -2.1 <x-2< -1.9 • | - 5x + 8| < 0.4 • 4.29 <3-x < 4.31 • 2x- 1| < 0.02 • |a; - 8| > 0.2 12. En cada una de las afirmaciones siguientes indique cual de las proposi- ciones son verdaderas: • Para cualquier número real x < x3 , x < 2x, x < x2 , x < x, 1 + x < (1 + |x-|)2 • Para a cualquier número real ;r, tal que 0 < x < 1, se tiene 2 , / 1 1 1 X X2 y/X 3 2 , • Si x2 < 9, entonces a; < 3 ó x < - 3 , o: < 3 y # < - 3 , x < 3, x < 3 10 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  12. 12. • Sea n un número entero. La condición |ra| < 4 significa: n < 4, n < 4 ó n < —4, —4< n < 4, 0 < n < 4, rae {-3,-2,-1,0,1,2,3} 13. Determinar todos los números reales a; tales que |z-0.5| < 1 y 2-x < 0.75 14. Se lanza un objeto hacia arriba en línea recta, con una velocidad de 160 pies/seg. Su distancia d, en pies, sobre la Tierra, después de t segundos (eliminando la resistencia del aire) está dada por d == 160í — 16í2 . Encontrar el tiempo t para el cual su distancia d sea superior a los 256 pies. 15. Determinar el conjunto solución para cada una de las siguientes de- sigualdades: x- i 2x + 1 _ < 1 2x—í 2x- x-3 2x~ i a:-3 l| <0 3|< 8|< 2| >0 <2~ > 2 < 2 .1 0.4 A -x 4x2 + 2x < 9-7:r < 11 -7a; X3 < X |3x-2| - |x + l| <E |x + 3| < |5x- 1| 2-x — 11 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  13. 13. FUNCIONES 1. Considérese una gráfica de la temperatura en grados Centígrados, C, en función de la temperatura en grados Fahrenheit, F, y supóngase que esta gráfica es una línea recta. Se conoce que 100°C y 2Í2°F correspon- den a la temperatura a la cual hace ebullición el agua. Similarmente, 0°Cy 32°F corresponden al punto de congelación del agua. a) ¿A qué temperatura en grados Fahrenheit corresponde 20°(7? b) ¿A qué temperatura en grados Centígrados corresponde 100°i*1 ? c) ¿Qué temperatura tiene el mismo valor en grados Fahrenheit y en Centígrados? 2. Cuando una taza de café caliente se coloca sobre la mesa, su tem- peratura decrece. La razón, R, a la cual su temperatura cambia está regida por la Ley de Enfriamiento de Newton, la cual dice que la razón es proporcional a la diferencia entre las temperaturas del café y del aire circundante. Pensemos en la razón R como una cantidad negativa ya que la temperatura del café está descendiendo. Si la temperatura del café es //°C, y la temperatura del cuarto es de 20°(7, a) Escribir una fórmula para R en función de H. b) Trazar la gráfica de esa función. 3. Para pequeños cambios de temperatura, la fórmula para la expansión de una varilla metálica sujeta a un cambio de temperatura es: / - /o - alo(t - ¿o), en donde / es la longitud del objeto a la temperatura í, /o es la longitud inicial a la temperatura /Q? y a es una constante que depende del tipo de metal. a) Expresar / como una función lineal de t. Encontrar la pendiente y la intersección con el eje Y. b) Supóngase que se tuvo una varilla con longitud inicial de 100 cm a 60°F fabricada con un metal para el cual a es igual a 10~5 . ¿Qué longitud tendrá a los 150o /71 ? 12 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  14. 14. c) ¿Qué significado tiene el signo de la pendiente de la gráfica en relación con la expansión de un metal sometido a un cambio de temperatura? 4. Uu aeroplano utiliza una cantidad fija de combustible para despegar, una cantidad fija (diferente) para aterrizar, y una cantidad fija (dife- rente) por milla cuando está en el aire. ¿Cómo depende la cantidad total de combustible requerido, de la longitud del viaje? Escribir una fórmula para la función involucrada. Explicar elsignificado delascons- tantes queaparecen en la fórmula. 5. Sean /,(&)= |x|, f2(x) = x2 , f3(x) = y/x, f4(x) = *, J5(x) = ¿., fe(x) = [x]. Obtener /¿(2ar),2/f(x),/t-(-x),-/,-(x),/i(x + l)Ji(x) +1, fi(x - l),fi(x) - 1y l-2/¿(3a:-6), paraé € {1,2,3,..., 6}. Grafíquelas. 6. Graficar las funciones siguientes: a) fi(x) —-x2 + 3, si x e (-5, oo) b) f2(x) = 2x2 +x - 1 c) f3(x) = 5y/2x' i-A€Rhn-íeDh? d) U(x) = 2- y/íx~^2 ¿0 e £>/4?¿l GR/S e) fs(z) = z- 1-2 € /2/5?¿2 G Dhl f) /6(0 = | - í + 3| g) /7 (x)=l+2|3a; + 6| h) fs(x) = [x+l) i) f9(w) = [2w] j) fio(z) = -l+3[-z + 2] 7. Obtener el dominio de lasfunciones siguientes: a) h{x) = - á £ -2x- x-b ) X ^ x2-Sx+6 c) h(z) 13 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  15. 15. d) w A- T— e) fs(t) = id 8. Para cada una de las funciones siguientes determinar el dominio y cal- cular la imagen de cada uno de los valores de la variable independiente dados: a) f(x) = y(x + I)2 + 3;£0 = —l,#o ~ 0,#o = 3,x*o = 1 — h b) g(x) = ^ £ ; x0 = 6, x0 = x> ^o = 2 - A,a?o= S c ) f(x ) = ¿5&Í ^o = 0, x'o = 2,xQ = ^ 9. Para cada una de las funciones siguientes obtener su dominio, rango, raíces, paridad, intervalos de monotonía y realizar un esbozo gráfico: a) f1(x) = -x + l b) h{x) = %x-2 c) f3(z) = (z - 3)2 + 2 d) 5 I H - ( Ü ; - 2 ) 2 e) <72(z) = |x - 3| + 2 0 á?3(^) = 3 |ar - 2| - 1 g) ¿i(a:) = v/2an=7+§ h) Aa(<) = [<] f |2o;| x < 0 i) h3(x) = < x2 + 1 0 < x < 2 [ —1 a: > 2 .x , , v í 3x-2 + 1 o; > 0 J ) h4{x) = x - 8| x < 0 k)M*) = ( _iJ ^ 3 m ) *(*) =(d DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  16. 16. 10. Trazar la gráfica de una función / definida para x > 0, con todas las siguientes propiedades: • /(O) = 2 • f(x) es creciente para x £ [0,1) • f(x) es decreciente para 1 < x < 3 • f(x) es creciente para x > 3 (Existen muchas respuestas) 11. Trace la gráfica de una función tal, que para cualquier número en el intervalo [—2,0] sea igual al doble de ese número; para cada número en (0,1] sea igual a la tercera parte de ese número; para cada número en (1,|) sea igual al recíproco de ese número; para cada número en (6,10), sea igual al negativo de ese número, y para cada número en (10, oo) sea igual a 23. Determine el dominio y el rango. 12. Resuelva las desigualdades siguientes e interprete geométricamente el resultado, considerando cada miembro de la desigualdad como una función: ») í > -i b) x2 < 4 c ) ¿ <9 d) -x + 2 < 3x + 6 e) x2 + 1 > -x2 + 3 13. Sean f(x) = 3x2 - 2, g(y) = y + l Determinar (/ + <,)(-!), (/.<,)(0), (/oáf)(-l),(J7o/)(0), (/ ° 9){y)-> (9 ° f)(x )-> y ^os dominios de las funciones anteriores. 14. Expresar cada una de las funciones siguientes como una composición de funciones: a) h(t) = (1 + ¿3 )27 15 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  17. 17. c) g(x) = 5 + (x 15. Sean f(x) = yx2 — 2 ,#(f) = v¿3 + 1 • Obtener el dominio de / og y de g o /. Obtener una expresión para ambas composiciones. 16. Sean f(x) = 3:r3 + 2x2 + 1 y í/í^) == ~ - Obtener el dominio de f og y de go f. Obtener una expresión para ambas composiciones. 3x2 + 1 x<0 17. Obtener fog, gof y /+(/para las funciones: f(x) = x —8 0 < :c < 2 I 5 £ > 2 18. Obtener fog, gof y f+g paralas funciones: f(x) = , v f x + 3 a; < 0 16 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  18. 18. LIMITES 1. Para cada una de las gráficas siguientes determinar si existe el límite en el punto "indicado y dar su valor. En caso de que no exista, obtener los límites laterales. 2. Si /(*) = si si obtener limar_,2 f{x ) 3. El número N(p) de calculadoras que puede vender una compañía manu- facturera a un precio de p pesos por unidad, está dado por N(p) = 500/p2 - Encontrar limp—o N(p) e interpretar el resultado. 4. Un equipo médico de investigación estableció que la masa M(t) de un tumor, como función del tiempo t al cual el paciente es expuesto a radiación durante el tratamiento, está dado por Í — ^/ —i— f en donde M(t) está en miligramos y t en segundos. Debido al mal fun- cionamiento de los aparatos utilizados es imposible exponer al paciente exactamente por 3 segundos de terapia de radiación. ¿Qué valor debe asignarse a M(3), a fin de que M(t) sea una función continua?. 5. Dibuja la gráfica de una función continua en R — {—2,-1,2}, que satisfaga lo siguiente: lim f(x) = +oo y lim f(x) = —oo 17 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  19. 19. lim f(x) = ~-oo xto-1 lim f(x) = 4 y lim f(x) = 3+ = 0 y 6. Dada la siguiente gráfica de /(«), obtener: dominio, raíces, discon- tinuidades y su clasificación, asíntotas lim f{x), lim /(a;), lim f(x), lim /(a:), lim /(a:) y lim/(a;) —+-foo a:—»-—00 a7—*0 x—>3 x—>— 2 37—+O 7. Dibuje la gráfica de una función continua que tenga tres raíces en el intervalo (-2,1]. 8. Dar una raíz aproximada para la función cuya exactitud sea de 0.1 (un décimo). 9. Realice un esbozo gráfico de 18 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  20. 20. LA DERIVADA 1. Una pelota es arrojada desde un puente. La altura h a la que se encuen- tra la pelota encima del piso t segundos después de que es arrojada, está dada por • ¿Cuál es la altura del puente? • ¿Cuál es la velocidad promedio de la pelota para el primer se- gundo? • Gráfica la función h y determina la altura máxima que la pelota alcanzará. ¿Cuál deberá ser la velocidad de la pelota cuando está en el punto en donde alcanza su altura máxima? • Utiliza la gráfica para decidir en qué tiempo í, la pelota alcanza su altura máxima. • Obtener la velocidad instantánea de la pelota en t = 1 segundos. 2. Un automóvil es conducido a una velocidad constante. Bosquejar una gráfica de la distancia que el carro ha viajado, como función del tiempo. 3. Considera ahora un automóvil que viaja con velocidad creciente. Obten lo que se pide en el problema 2. 4. Ahora el auto empieza con una alta velocidad y su velocidad entonces decrece lentamente. Realiza el bosquejo que se pide en el problema 2.. 5. Para la función mostrada en la figura, 19 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  21. 21. • ¿En qué puntos la pendiente de la curva es negativa? • ¿En que puntos es positiva? ¿y cero? • ¿Qué punto tiene la pendiente más positiva? • ¿Y cuil la tiene más negativa? 6. Para la gráfica mostrada en la figura, ordenar los siguientes números en forma ascendente: • la perdiente de la curva en A • la pendiente de la curva en B • la petidiente de la curva en C • la pendiente de la línea AB • el iúmero 0 • el lúimero 1 7. Si f(x^ = x2 + 4o?, obtener /'(3) utilizando la definición de derivada. 8. Si f(?) ~- ar3 , obtener // (—2) y /'(2) empleando la fórmula para la derivada de xn . ¿Qué relación observas entre /'(—2) y /'(2)? Explicar geométricamente porqué esto debe ocurrir. 9. Sean g(x) = y/x y f(x) = kx2 , en donde k es una constante. • Encuentra la pendiente de la línea tangente a la gráfica de g en el punto (4,2). (No necesitas utilizar la definición de derivada} • Encuentra la ecuación de esa línea tangente. • Si la gráfica de / contiene el punto (4,2), encontrar k. • ¿ En dónde la gráfica de / intersecta a la línea tangente encontrada antes? 10. ¿Si g(x) es una función impar y g'{A) = 5, a qué debe ser igual #'(--4)? 11. Bosquejar las gráficas de las funciones 20 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  22. 22. en el mismo conjunto de ejes. ¿Qué puedes decir acerca de las pen- dientes de las líneas tangentes a las dos gráficas en el punto x = 0?, ¿en x = 2? y ¿en x = x0? Puede pensarse que sumando un valor constante C, a cualquier función, no cambia el valor de las pendientes de su gráfica? 12. En la gráfica de / , ¿en cuál de los valores de X{ señalados • es f(x) más grande? • es f(x) más chica? • es f'(x) más grande? • es f'(x) más chica? 13. Para las gráficas del 1 al 4, bosquejar la gráfica de la función derivada: 2. -4 -3 5 % 1 - i -A s -A 3 i -1 / / / 2 • ^ I -1 A á l 1 > A-s -A / / / r 2 3 V 21 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  23. 23. 14. Para las funciones siguientes bosquejar la gráfica de f(x) y utilizar esta gráfica para bosquejar la gráfica de /'(#)> • f(x) = 5a; 15. Haga un bosquejo gráfico de las siguientes curvas: • Una curva "suave" cuya pendiente es a la vez positiva en todos lados y decreciente gradualmente. • Una curva "suave" cuya pendiente sea a la vez positiva en todos lados y creciente gradualmente. • Una curva "suave" cuya pendiente sea a la vez negativa en todos lados y decreciente gradualmente. • Una curva "suave" cuya pendiente sea a la vez negativa en todos lados y creciente gradualmente. 16. Bosquejar la gráfica de y = f'(x) para cada una de las funciones cuya gráfica se da a continuación: 22 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  24. 24. 17. Para dar a un paciente un antibiótico lentamente, la droga es inyec- tada en el músculo. (Por ejemplo, para enfermedades venéreas la peni- cilina es suministrada de esta forma) La cantidad de droga en el flujo sanguíneo empieza en cero, aumenta a un máximo y luego decae a cero de nuevo. • Bosqueja una posible gráfica de la cantidad de la droga en el flujo sanguíneo como una función del tiempo. • Describe cómo la razón a la cual la droga está entrando o dejando (saliendo) a la sangre cambia en el tiempo. 23 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  25. 25. DERIVACIÓN 1. Haga el bosquejo gráfico de las siguientes curvas: • Una curva cuyas primera y segunda derivadas sean positivas en dondequiera. • Una curva cuya segunda derivada sea negativa en todos lados, pero cuya primera derivada sea positiva en todos lados. • Una curva cuya segunda derivada sea positiva en dondequiera, pero cuya primera derivada sea negativa en todos lados. • Una curva cuyas primera y segunda derivada sean negativas en dondequiera. 2. Bosquejar la gráfica de una función cuya pendiente sea a la vez positiva y creciente primero, y que a partir de cierto punto sea decreciente, • bosquejar la gráfica de la primera derivada de la curva anterior, • bosquejar la gráfica de la segunda derivada déla curva anterior. 3. ¿Cuáles de los puntos señalados tienen: • / ' Y / " distintas de cero y del mismo signo? • al menos dos de /, /', / " son iguales a cero? 4. ¿Es la función siguiente diferenciable en x = 0? f(x) = (x + |a:|)2 + 1 5. Bosquejar las gráficas de las derivadas de las funciones, cuyas gráficas aparecen a continuación. Asegúrate de que tus bosquejos sean consis- tentes con los hechos importantes de las funciones originales. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  26. 26. 6. Considera la función dada por la fórmula tf x í x + 1, cuando x > 1 v '' I 3;c — 1, cuando x > 1 dibuja la gráfica de /. ¿Es / continua? ¿Es / diferenciable en x = 1? Justifica tu respuesta. 7. Sean f(x) = -3a: + 2 y </(;e) = 2a: + 1 • Si K(x) = /(x')+(/(x*), encontrar una fórmula para #(#) y verificar la regla de la suma para la derivación, comparando Kx) con f'(x) + g'(x). • Si J(x) = /(J;)— </(x'), determinar una fórmula para J(x) y com- parar Jf {x) con f'(x) — gf (x). 8. Sea r(í) = 2í - 4. Si ¿(í) = 3r(í), verificar que 5; (í) = 3[r'(í)]. 9. Si f(x) = 5x — 3 y #(x') = —2x + 1, encontrar la derivada de f(g(x)). Basándote en tu respuesta anterior, hacer una conjetura acerca de la derivada de la composición de dos funciones lineales. 10. Si r{x) = f(x) + 2g{x) + 3, f'(x) = g(x) y g'(x) = r(x), expresar • T'(X) en términos de f(x) y ^(a;) • f'(x) en términos de f(x) y í'(a;) 11. Encontrar la derivada de las funciones siguientes: • y -xV2 • y = #~12 • /(a:) = fó • f(x) = xe • y = 4a;3 /2 - 5a;1 /* • y = 6x3 + 4a;2 — 2x 25 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  27. 27. J "J — 2+3a:+4a?2 12. Si f(t) - 2í3 - 4<2 + 3í - 1, encontrar ^ y ^ 13. Si /(x) = J?7 + 5x>5 ~ 4:r3 + 6;u — 7, encuentra la séptima y la octava derivada de /. 14. La gráfica de la ecuación y = ^>3 — 9o:2 —I6x + 1 tiene una pendiente igual a 5 en dos puntos exactamente. Encontrar las coordenadas de esos puntos. 15. Si f(x) = 13 ~ 8s + y/2x2 y f(r) = 4, encontrar r. 16. ¿Para qué puntos en el dominio de la función f(x) = x4 — 4x3 es la función decreciente y cóncava hacia arriba a la vez? 17. Si f(x) = 4x3 + 6x2 —23x -f 7, encontrar los intervalos en los cuales 18. Encuentra fx) para las siguientes funciones, utilizando la regla del producto para derivadas y sin realizar la multiplicación: /(*•) = (x - l)(x - 2), f(x) = (x - ){x - 2)(x - 3), 19. Encuentra la derivada de f(x) = 26 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  28. 28. h(x) = 2+4V4 = (12t3 - • to = (í2 + 3í)(l - 2tf 20. Dados: F(2)=l, F(4)=3, F'(2)=5, F'(4)=7, G(4)=2, G(3)=4, G'(4)=6 y G'(3)=8, obtener: • H(4), si H(a:)=F(G(a;)) • H'(4), si H(a:)=F(G(x)) • H(4), si H(aO=G(F(x)) • H'(4), si H(x)=G(F(a;)) • H'(4), si E(x)=F(x)/G(x) 27 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  29. 29. GRÁFICAS 1. ¿Bajo qué condiciones para a, b, y c la función f(x) = x3 + ax2 + bx+ c es creciente en todos lados?. 2. Encontrar anal/ticamente los intervalos en los cuales la función fí x + 5 0 es creciente o decreciente. 3. Bosquejen* la gráfica de f(x) ==2x3 — 9x2 + 12a; -f 1. 4. Supóngase que una función f tiene exactamente un punto crítico en x = 3. En los puntos siguientes se dan condiciones adicionales. En cada caso decidir cuándo x —3 es un máximo local, un mínimo local, o ninguno de los dos. Explicar el razonamiento seguido. Bosquejar posibles gráficas para los cuatro casos: • /'(l) = 3y/'(5) = - l +oo/(;c) = +oo y lim^-oo f(x) = +00 • /'(2) = - 1 , /(3) - 1, lim^+ 0 0 /(x) = 3 Para los seis problemas siguientes bosquejar una posible gráfica de y = f(x), utilizando la información dada acerca de la derivada de y = f(x). Suponer que la función está definida y es continua para todo x (= R. 5. x 28 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  30. 30. 6. 8. •*~JÍ » ' * < O '" 9. 1 0 ^ ^»<p ^ t w 11. Considera la función p(x) = r3 — ax? en donde a es constante • Si a < 0, muestra que p(x) es siempre creciente • Si a > 0, muestra que p(x) tiene un máximo local y un mínimo local • Bosquejar posibles gráficas de p(x) para diversos valores de a. 12. Traza la gráfica de f(x) = |#3 - 2a;2 + 3x + 2 29 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  31. 31. 13. Para cada una de las funciones siguientes determinar: los intervalos en donde es creciente, los intervalos en donde es decreciente, los in- tervalos en donde es cóncava hacia arriba, los intervalos en donde es cóncava hacia abajo, los puntos en donde alcanza sus máximos locales y mínimos locales, los puntos en donde cambia su concavidad y un bosquejo gráfico. • f(x) = x3 - ¡ ¿x + 3 • f(x) = x4 - 32x + 48 • f(x) = x2 '* • g(x) = 3x4 - Ax3 30 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  32. 32. Resuelva las siguieutes desigualdades 1.- X3 +l > X2 + X 2 . - - <0 3.- — — < X + 1 X-l 4. 5.- |X-4| X + 7 I* - 4| . ! 2X Graficar las siguientes funciones h(x) - |x| + [x] g(x) = [x-4] h(x) = [ i A g(x) = | - ( x - 2 ) 2 £(x) - [xa ] £(x) = | x 2 - 9 | f(x) = 31 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  33. 33. Determinar los siguientes límites 1. - 1ím t+0 1 1 . - lím / 2 x +5x- 2 . - l í m x-1 3 . - l í m x+4 1 2 . - líiii x->4 /5c~-2 x-4 13.- 11 í IIII- x->3V 6/3FT x 2 - 9 - lím 5 . - l í m 6. - l í m 8-4/T x 14.- Determijiar las asíntotas verticales y horizontales de la función 7. - l í m h->o - 1 8 . - l í m x->-o 9 . - l í m 1 1 0 . - l í m ( - - 1 ) t t-+o 32 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  34. 34. FUNCIONES Un tractor cuesta $120,000 y cada año se devalúa 8$ de su precio original. Encuentre una fórmula para el valor V del tractor después de t años. La compañía 2-K el robo perfecto tiene capacidad para pro ducir de 0 a 100 refrigeradores diarios,, Los gastos fijos de la planta son de $2200, el material y mano de obra pa- ra producir un refrigerador es de $151, escriba una fór- mula para el costo total de producir X refrigeradores al día. Una agencia de renta de automóviles cobra $60 diarios por el alquiler de un automóvil, más $.40 por Km. a) Escriba la fórmula del costo total de la renta por día b) Si usted renta un carro por un día, ¿Cuántos kilómetros podría recorrer por $220? De acuerdo con la ley de Boyle, la presión p (en libras por pulgada cuadrada) y el volumen v (en pulgadas cúbicas) de cierto gas satisfacen la condición pv = 800. ¿Cuál es el rango de valores posibles de la presión, dado que 100 <v< 200? La relación entre la temperatura Farenheit F y la tempera- 9tura Celsius C está dada por F = 32 + — C. Si el rango de temperaturas en cierto día va de la mínima 70°F a la máxima de 90°F, ¿Cuál es el rango de la temperatura en grados Cel- sius? 33 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  35. 35. * Un circuito eléctrico contiene una batería que proporciona E volts, en serie con una resistencia de R ohms, como se muestra en la figura. Entonces, la corriente de I am- perios que fluye en el circuito satisface la ley de Ohms, E = IR. Si E = 100 y 25 <R< 50, ¿cuál es el rango de va - lores posibles de I? Corriente: /amperes BntnHu: Hestelencto: £" volts /? ohms Circuito eléctrico simple. * El periodo T (en segundos) de un péndulo simple de longitud L (en pies) está dada por T=2ir/L/32,si 3<L<4, ¿cuál es el - rango de valores posibles de T? * Se arroja una pelota directa hacia arriba con una velocidad inicial de 96 ft/s, por lo que su altura t segundos después 2 es y= 961-16t'ft, determine la altura máxima que alcanza la pelota construyento la gráfica de y como función de t. * En el problema **que se encuentra en la página siguiente la producción diaria de cierto campo petrolero como función p=f(x) del número x de nuevos pozos petroleros que se perfo- rasen. Construya ahora la gráfica de f y úsela para encontrar el valor de x que maximiza P. Exprese el volumen v de una esfera en función de su área S. 34 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  36. 36. * Dado que Ü°C es lo mismo que 32°F y que un cambio de 1°C equi^ vale a un cambio de 1.8°F, exprese la temperatura Celsius C en función de la temperatura Farenheit F. * Una caja rectangular tiene 125 de volumen y una base cuadrada de longitud x en su arista. Exprese el área A del rectángulo con función de x. * * Un campo petrolero que contiene 20 pozos ha estado producien- do 4000 barriles diarios de pertróleo. Por cada nuevo pozo que es perforado, suponga que la producción diaria de cada uno disminuye 5 barriles. Escriba la producción diaria del campo petrolero en función del numero x de pozos nuevos que se per- foran. * Un rectángulo tiene 100 unidades de área. Exprese su perímetro P como función de la longitud x de su base. * Un rectángulo cuyo perímetro fijo es 36 gira en torno a uno de sus lados, S, para generar un cilindro circular recto. Exprese el volumen V de este cilindro en función de la longitud x del lado S. * Un cilindro circularrecto tiene un volumen de 1000 in y el ra- dio de su base es x. Exprese la superficie total A del cilin- dro como función de x. * Una caja rectangular tiene una superficie total de 600 in y una base cuadrada cuya arista tiene longitud x. Exprese el vo- lumen V de la caja en función de x. * Se va a construir una caja sin tapa con una hoja cuadrada de cartón cuyo lado tiene una longitud de 50 in. Primero, se cor- tan cuatro pequeños cuadrados, cada uno de los cuales tiene la dos de x pulgadas de longitud, de las cuatro esquinas de la hoja de cartón, como se indica en la figura. 35 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  37. 37. D e s p u é s , l o s c u a t r o f a l d o n e s r e s u l t a n t e s s e d o b l a n h a c i a a r r i b a p a r a f o r m a r l o s c u a t r o l a d o s d e l a c a j a , q u e t e n d r á u n a b a s e c u a d r a d a y u n a p r o f u n d i d a d d e x p u l g a d a s . E x p r e s e e l v o l u m e n V c o m o f u n c i ó n d e x . D ó b l e s e h a c i a a r r i b a l a s a r i s t a s p a r a c o n s t r u i r u n a c a j a U n b a n c o p a g a 2 % d e i n t e r é s m e n s u a l e n c i e r t o t i p o d e i n - v e r s i o n e s . L a c a n t i d a d g a n a d a p o r e l i n t e r é s m e n s u a l e n c i e r t o t i p o d e i n v e r s i o n e s . L a c a n t i d a d g a n a d a p o r e l i n t e r é s p u e d e s e r r e i n v e r t i d a a a s í s u c e s i v a m e n t e . P o r e j e m p l o s u p o n g a q u e s e i n i c i a l a i n v e r s i ó n c o n l a c a n t i d a d C = $ 1 0 0 , 0 0 0 . 0 0 A l c a b o d e u n m e s s e g a n a r á p o r i n t e - r e s e s ( 0 . 0 2 ) x ( $ 1 0 0 , 0 0 0 . 0 0 ) = $ 2 0 0 0 , o s e a q u e e l i n v e r s i o - n i s t a y a d i s p o n e d e $ 1 0 2 , 0 0 0 . 0 0 , ¿ d e a c u e r d o ? , a d e l a n t e . P a - r a e l m e s s i g u i e n t e e l i n v e r s i o n i s t a g a n a p o r i n t e r e s e s ( 0 . 0 2 ) x ( $ 1 0 2 , 0 0 0 . 0 0 ) = $ 2 0 4 0 y e l i n v e r s i o n i s t a y a d s i s p o n e d e l a c a n t i d a d d e $ 1 0 4 , 0 4 0 . 0 0 ; ¿ s i g u e d e a c u e r d o ? B i e n , e n t o n c e s : a ) H a l l e l a c a n t i d a d t o t a l q u e p o s e e e l i n v e r s i o n i s t a e n t é r m i n o s d e l n ú m e r o d e m e s e s t r a n s c u r r i d o s . 36 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  38. 38. b) Halle la función para una cantidad inicial cualquiera C. * Existen ciertos tipos de células que se reproducen por el fenómeno llamado de bipartición ("se dividen en dos") a intervalos de tiempo periódicos. a) Suponiendo que usted empieza a observar la división de una de tales células en cierto momento, exprese el nú- mero de células presentes en función del número de in- tervalos de tiempo transcurridos. b) Si en la segunda división y en las restantes una de las células reproducidas muere}exprese el número,.. 37 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  39. 39. APLICACIONES DE LA DERIVADA * Hallar las ecuaciones de las rectas L que son tangentes a las curvas Y=x2 + 13 Y^-x2 * La figura 4.3 aparece en "Energy Use in the United States Food System", de John S. Steinhart y Carol. E. Steinhart, en Perspectives on Energy, editado por Lon C. Ruedisili y Morris W. Firebaugh, Oxford, Nueva York, 1975. El gráfico muestra el producto del cultivo en función de la energía suministrada. la1OÜ 1968 1 96J ^r—*'? 1960-^ ^ 1^70 I 961 1965 80- .8.860-* 2.0 Energía suministrada al sistema producto de alimentos (unidad: 10l5 kilocalorias) Producto del sistema alimenticio en Estados Unidos, en función de la energía suministrada, desde 1920 hasta 1970. Fig. 4.3 (a) ¿Cuál es el significado práctico de que la función tenga derivada positiva? 38 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  40. 40. (b) ¿Y cuál el del punto de inflexión? * Dos casas, A y B, están a distancia p una de otra. Y están a un mismo lado de una carretera y a distancias de ésta q y r, respectivamente- Hallar la longitud mínima de un camjL no que lleve de A a la carretera y de ésta a B. * Sea f(x)=ax3 +bx2 +cx+d, con a, b, c, y de constantes a^O, ¿Cuántos puntos de inflexión puede tener f(x)? * Un tubo de longitud b se transporta por un pasillo de anclm ra a<b y luego alrededor de una esquina C (ver Fig. 64). Durante el giro, y parte de 0, alcanza un máximo y vuelve de nuevo a 0 (inténtelo con un palo corto). Hallar el máx^i mo en términos de a y b. (.Sugerencias: Expresar y en térmi- nos de a, b y 0, donde a,b son constantes y 0 variable.) Figura 64 En la figura 465 hay dos pasillos, que forman ángulo recto, de anchuras 8 y 27. Hallar la máxima longitud que puede te- ner una viga que pueda pasar por esa esquina (sugerencia: Hacer antes el ejercicio anterior)# 39 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  41. 41. Fig. 4 65 27 * Con una masa de yeso de volumen V Se forman dos esferas. ¿Para cuál distribución del yeso es máxima la superficie de las dos esferas? ¿Para cuál es mínima? * Dos ruidosas discotecas, una de ellas cuatro veces tan rui- dosa como la otra, están ubicadas en extremos opuestos de una cuadra de 1000 ft de larga. ¿Cuál es el punto más quieto de la cuadra, entre las dos discotecas? Suponga que la inten sidad del ruido en un punto retirado de su fuente es propor- cional a su potencia e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente. * En un modelo simple de difusión de una enfermedad contagiosa entre miembros de una población de M personas, la incidencia de la enfermedad, medida como número de nuevos casos diarios, está dada en términos del número x de individuos ya infecta dos, por P(x) = Kx(M - x) = kMx - Kx2 donde k es alguna constante positiva. ¿Cuántos individuos de la población están infectados cuando la incidencia R es más alta? DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  42. 42. * Cuando una flecha es disparada desde el origen con velocidad inicial v0 y ángulo de inclinación inicial a (con respecto al eje horizontal que representa el suelo) su trayectoria es la curva donde m = tan a (a) Encuentre la altura máxima alcanzada por la flecha (en función de m y v o ) . (b)¿Para qué m(y por lo tanto, para qué a) viaja la flecha la distancia máxima horizontal? La gráfica de la velocidad de un modelo de cohete disparado en el tiempo t=0 aparece en al figura (a) ¿En qué tiempo se agotó el combustible? (b) ¿En qué tiempo se abrió el paracaídas? (c) ¿Cuándo alcanzó el cohete su altura máxima? (d) ¿En que tiempo aterrizó el cohete? (e) ¿A qué altura llegó? (£) ¿A qué altura estaba el punto en el que aterrizó? Gráfica de la velocidad del cohete DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  43. 43. U n r a y o d e l u z v i a j a d e s d e A h a s t a B e n u n t i e m p o m í n i m o . E l p u n t o A e s t á e n u n m e d i o e n e l q u e l a l u z v i a j a c o n v e - l o c i d a d V | y e l B e s o t r o e n e l q u e l a v e l o c i d a d d e l a l u z e s v 2 A m b o s m e d i o s e s t á n s e p a r a d o s p o r l a r e c t a L . P r o b a r q u e p a r a e l c a m i n o A P B d e t i e m p o m í n i m o s e c u m p l e sen a _ sen J3 a L e i b n i z r e s o l v i ó e s t e p r o b l e m a , c o n e l c á l c u l o , e n u n a r t í - c u l o p u b l i c a d o e n 1 6 8 4 . ( E l r e s u l t a d o s e l l a m a l e y d e S n e l l d e l a r e f r a c c i ó n . ) L e i b n i z e s c r i b i ó , " o t r o s h o m b r e s m u y i l u s t r a d o s h a b í a n i n - t e n t a d o e n m u c h a s m a s f o r m a s t o r t u o s a s l o q u e a l g u i e n v e r s a d o e n c á l c u l o p u e d e h a c e r e n e s t a s l í n e a s c o m o p o r a r t e d e m a g i a " . ( V e r C . H . E d w a r d s J r . , t h e H i s t o r i c a l D e v e l o p m e n t o f t h e c a l c u l u s , p a g . 2 5 9 , S p r i n g e r V e r l a n g , N . Y . ) 42 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  44. 44. EVALUACIONES APLICADAS DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  45. 45. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  46. 46. PRIMER EXAMEN DE CALCULO Trimestre 92-0 Octubre 20 de 1992 (3.0) 1. Obtener el conjunto solución de las desigualdades siguientes: a) |3x-5|>3(5 + ar) b) (* - 3)(* + 2) > 0 (2.5) 2. Dada la función xj + 1 si *€(-2f 2) obtener: gráfica, dominio, rango, raíces, intervalos de monotonía. Deter- minar si es par o impar. (1.0) 3. Trazar la gráfica de una función que satisfaga las siguientes condiciones: • Es creciente en el intervalo [-6,0) • Es constante de valor -2 en el intervalo [0,5] • Es decreciente en (5,10] (2.0) 4. Obtener (f + g)(x)} para las funciones: x3 si - 10 < x < 5 x si x > 5 1 — x si x < 0 x7 si x > 0 (1.5) 5. Dada f(x) = I — y/2 — x2 y obtener dos funciones, g(x) y /i(x), distintas a f(x)% para las cuales se cumpla: f{x) = (liog)(x) ¿ 3 6 Dhogi Justificar la respuesta. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  47. 47. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  48. 48. SEGUNDO EXAMEN DE CÁLCULO I Trimestre 92-0 3.0 1. Obtener el valor de los siguientes límites: 2x + 4| x2 + 10* + 16 /XA _ 5 x 2 _ 3 _ ^ 4 + 15a:2 _ 5 1.0 2. Dibujar la gráfica de una función continua en todos los números reales, excepto en {—1,-4,4,6}, la cual tenga discontinuidades esenciales para £ = —1 y a; = 6; y discontinuidades removibles ena; = —4y x = 4. 3.0 3. Bosquejar la gráfica de la función f(x) = ^Í^X^A >obteniendo: raíces, asíntotas, puntos de discontinuidad y su clasificación. Justifique todas sus respuestas. 1.5 4. Dar una raíz aproximada para f(x) = —a;5 -f- 3.c2 — 1, con una precisión de j (es decir de 0. 25). Justifique su respuesta. 1.5 5. Bosqueje la gráfica de una función f(x) continua en todos los números reales, excepto en {—5, —1,4}, la cual satisfaga: 4f(x) = +oo ^5+ f(x) = -oo _5- f(x) = +oo ^ - ^ / ^ ) = 0 • /(-7) - -2 •/(I) = 5 ) - -2 47 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  49. 49. CÁLCULO DIFERENCIAL e INTEGRAL 1 SEGUNDO EXAMEN PARCIAL 10 NOV 1992 l)Determinar los siguientes límites IMP * 4 ¿-2 x - 2 x - 2 + x —/4— x Inri a; 2) Sea f(x) = /'~[ determinar : a) Dominio de f(x). b) Los puntos de intersección de la gráfica de f con el eje x. c) Las ecuaciones de las asíntotas verticales y horizontales. d) Los puntos de discontinuidad y su clasificación. e) Hacer un bosquejo de la gráfica. f) El rango de función. 3) Calcule los valores de A y 13 para que la función sea continua en todos los números reales Ax •+•i si x < —2 f(x) - { x2 + B - 2 < x < 2 ~ 2< x 4)Determinar la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función f(x) = 1 — x — x2 y en x=l DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  50. 50. CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL 1 Tercer examen parcial 7 Uic 1992 2)Dos atletas se disponen a correr los lüü ni planos. Las distancias que cada uno de ellos recorre están dadas por: o — 1/2 i «/ c ¿M — 5 l i* oí , o2 Determinar cuál de los corredores es: a)El más rápido en la salida. b)El que gana la carrera. c)El más rápido al cruzar la meta. 3) Trace la grálica de una [unción continua que cumpla con : i , f(2)=3 , /'(O) - /'(2) - 0,/'(s) < 0 si I* - l| > I ,/'(*) > 0 si() | s - l | < I f'x) > 0 si x < 1, /"(a:) < U si x > 1 4)Se desea que las páginas de un libro tengan un área de 9üücm2 con márgenes de 2.5 cm abajo ya los lados y de 1;5 cm arriba. Determine las dimensiones de la página que darán la mayor área posible para el texto. 5)Se desea construir un almacén con un volumen de lU0?u3 que tenga techo plano y base rectangulnr, cuya anchura sea tres cuartas partes de su longitud. El costo por metro cubico de los materiales es de 3G dolares para el piso, 54 dolares para los lados y 21 para el techo. ¿Que dimensiones minimizan el costo? 49 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  51. 51. EXAMEN GLOBAL DE CALCULO I Trimestre 92-0. Diciembre 16 de 1992. Los problemas marcados con * son los que componen la tercera parte. (0.75) 1. Encuentra el conjunto solución de las desigualdades siguientes: /Vi svi¿< (0.5) 2. Dada la función encuentra: gráfica, dominio, rango e intervalos de monotonía. (0.75) 3. Stf(x) = J T ^ y g(x) = ^ encuentra Df, Dg, (gof)(x); (g of)(|) y (0.5) 4. Calcula lim - 7 = (0.5) 5. Para i(x) = ""2 ^í|g + -, determina en dónde es continua i(x) y clasifica sus discontinuidades. Justifica tu respuesta. (0.5) 6. Gráfica una función f(x) que cumpla los siguientes requisitos: • lim;r_+_3+ i(x) = -foo ^a- f(x) = +oo 4+ f (x) = -~oo ima,_^4- í{x) — 4-oo im^^g-i- f (x) = 5 ii^^g- f(ar) = 3 +oo f (a?) = - 1 _oof(#) ~O 50 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  52. 52. (0.5) • 7. Deriva la función (Í.5) • 8. Un grupo de 100 venados se transporta a una isla pequeña. El grupo crece rápidamente, pero los recursos alimenticios empiezan a escasear y la población disminuye. Suponiendo que el número de venados que hay en t años está dado por N(¿) = -t4 -f 21<2 + 100, determina: a) ¿En qué tiempo deja de crecer la población de venados? b) ¿Cuál es su tamaño máximo? c) ¿Cuándo se extingue la población de venados? Justifica todas tus res- puestas. (2.5) • 9. Dada la función f{x) = ^ a) ¿Para qué valores de x está definida f(x)? b) ¿Cuál es el comportamiento de f(x) cuando x —• ±oo? c) Determina la región en donde f(x) crece o decrece. e) ¿Tiene máximos o mínimos? Determínalos. f) ¿En dónde es la gráfica de f(x) cóncava hacia abajo o hacia arriba y en dónde cambia su concavidad? g) Resume ¡a información anterior en un bosquejo gráfico. Justifica todas tus respuestas. (2.0) * 10. Un campo de atletismo consiste en un áix,a rectangular con una región semicircular en cada extremo. El perímetro se utilizará como pista de ^0 yardas. Encuentm las dimensiones del campo pam las cuales el área sea máxima. 51 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  53. 53. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  54. 54. CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  55. 55. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  56. 56. FUNCIONES TRASCENDENTES 1.- Expresar en radianes los siguientes ángulos: a) 40°, 135°, 315°, -720°, 210°, 402°, -68° 2.- Verifique que: cos{x - j) = sen x, sen(x + j) = eos x 3.- Graficar las siguientes funciones: a) y = sen2 x b) y = I sen x I c) y = £ S e n ( t + J ) d) y = 2 sen (2t + J) e) y = 3 cos(x - J) f) y = 2 eos (x + J) + 1 4.- Determine los valores de x que satisfagan la ecuación: x a) e = 100 b) 3X "5 = 81 c) 3 x + 5 = 3 x + 2 + 6 d) 7-3x+1 - 5X+2 = 3X+4 - 5X+3 e) log^íx-g) + 2 log^ /2x - 1 = 2 f) log10 2x + Iog10(x + 3) = logio(12x -4) 55 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  57. 57. g) 1/2 ln(x + 2x) - In /x + 2 = O h) l o g j ^ " 1 + 7) = 2 Iog2(3x "1 + 1) 5.- Grafique las siguientes funciones por criterio de 1- y 2- derivada a) y = x - In x b) y = ln|x + 2| c) y = ln(x + 2) d) y = y ~ e) y = x In x f) y = ex - x y = e1 / x -x2 h) y = (1 - x)e"x i) y = xex g) y = x e 6.- Para cada una de las siguientes funciones, determine si existe la inver sa, y los números para los cuales está definida, también de la regla dé" correspondencia. a) f(x) = x2 + x + 5 x > - 1/2 b) f(t) = i2 si -1 < t < 0 c) g(x) = ~rj si x > -2 d) f(x) = - / 2 - x si xe(-~,-2) e) h(x) = 3 eos 2x si x e ( j - » ^ 56 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  58. 58. 7.- Dada f(x) determine un intervalo donde existe la inversa y hallar la derivada en el punto indicado a) f(x) = x5 + x3 + 4 y f(l) = 6 entonces (f"1 )'(6) = b) f(x) = In (x - 1) + 2x y f(2) = 4 entonces ( f ' V d) f(x) = e3x + e~x + 2 f(0) = 4 ==> ( f " 1 ) l ( 4 ) = e) f(x) = £ ^ l J L£ f(l) ^ i f y { e x - l e ' - l e - 1 8.- Verifique que son identidades a) sen arcos x = /I - xz 1 y2 b) eos 2 arctan x = * ~ X * /v c) tan arcsen x = x d) tan 2 arctan x = ~^- e) sec 2 eos"" x = y-^—r 57 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  59. 59. 9.- Sin calculadora determine: 2a) sen 2 arcos j = b) sen(arcos ¿-+ arcos(y~-)) 4 12c) cos(arcos r- + arcsen( 10.- Obtenga y1 si y esta dada por: y = sen arctan e x y = sec arcsen e~x y = (sec"1 x)3 y = CSQ2 3 X 1 + sen"1 3x y = tan 3x • e an x y = sen arctan 2x y = arcsen 1n -^ y : = arctan eos V x y = ln(tan 2x - sec 2x) y = cos(x2 - 1) - tan2 x2 es e n y + xy2 - y + 3 - x x 11.- Verifique que la función f(x) = — - ln(l - e"x ) ex - i es decreciente para x > O y z y xe _ y ln sen sen xz cot ex 2 x " + + 2x - X + sen In CSC X y = X 4 58 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  60. 60. 12.- Pruebe que si a < b entonces e"a > e"* 13.- Hallar la ecuación de la recta tangente a la curva en el punto indicado a) y = x e" x = 1 b) y = xex x = 3 c) y = arctan 2x x = /3/2 d) y = arcos x x = 1//F e) y = ln x3 x = e 14.- Sea f(x) una función tal que ff (x) = f(x) y f(0) = 1 determinar f en términos de ex 59 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  61. 61. LA INTEGRAL. MÉTODOS DE INTEGRACIÓN 1.- Encuentre la suma de Riemann de f(x) = eosx conla partición: n ir 5 2TT y * = Tí/4, X 2 * = 7T, X 3 * = •- Tí 2.- Determine el valor aproximado de lassiguientes integrales; exprese su respuesta hasta con5 cifras a) dx 5- con n = 5 y x.*= punto medio del subintervalo [x. 1 } x.] + £A I I -i I b) dx 1 + x = n = 8 x.* = x. c) / x3 + 1 dx, n = 5 3.- Obtenga la derivada de las siguientes funciones; reos 2x g(x) » / sen t dt f(x) = dw 1 + -x 60 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  62. 62. h(x) = n u + u du F(x) arcsen e2x y tan t dt g(w) = •vr 1 ( H t > » dt Inw 4.- Si f(x) = x • 1 + tz dt a) Muestre que f es una función uno a uno en (-«, «,) b) Encuentre (f"1 )'(0) = si f(l) = 0 5.- Si la velocidad de un cohete después del despegue es x'(t) = 0.3t2 + 4t m/sec. Determine la distancia que recorre en el tiempo de t = 5 sec a t = 8 sec. 6.- Efectúe las siguientes integrales por cambio de variable: ,,-1/x2 dx sen x sen eos x dx ln x dx 61 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  63. 63. dx (l + x dx 1 + eos x dx x2/3 ) 2x = dx _ e dt dx e x/ i - dx ex + e-x dx e* - 2 -3x 9 + e - dx dx A + 9 5X 2X dx dx /x 2 e"* dt + 1 sen • 3 z eos sen z z + dz - 4 7,- Efectúe las siguientes integrales por partes: xn 1n xm dx x esc x dx x2 cos x dx -ir ,7,74 3xe sen x dx ln(x2 + 4)dx sen x ln sen x dx 2x + 3 dx sen Jx dx 62 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  64. 64. e z sen ez dz arcos x /tf are sen /t dt x3 e"x dx SSslnjLdx are tan x . £~2 arc f n x dx 8.- Efectuar las siguientes integrales: sen3 2t dt cos'í- dt sen2 3t eos2 3t dt sen3 x/cos x dx u/2 eos3 x sen x 'ir/6 dx dx sen x tan x cot3 x esc1 * x dx eos1 * x sen3 x dx tan3 t /sec~t dt tan2 x sec3 x dx sec1 * 4x dx tan5 x dx 63 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  65. 65. cot2 2x esc1 * 2x dx sen Jx sen x dx sen 2x eos 5x dx eos 4x eos -ñdx (1 - x 2 ) 3 7 2 dx /9 + 4x^ dx /I - 4x2 dx dx x3 /x2 - 16 dx (x2 - dx dx (4 - x2 )22 x dx /xz - 2x + 5 dx 2xz + I2x + 20 dx ÍX - X' x dx 9.- Efectuar las siguientes integrales: 2x2 + 13x + 18 x3 + 6x2 + 9x 5x2 - x + 1 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  66. 66. 9x2 - 36x - 30 x3 - 5x¿ - 6x dx 13x 18 dx X* + X3 + 8x2 - 2x2 + 3x - 5 ax x = +1 raíz del denominador - 4x + 7 c2 + x + 3 dx x = -1 raíz del denominador 2x3 + 8x2 + 8x + 18 x1 * + 2xa + xz dx 3x2 + x + 1 dx 65 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  67. 67. APLICACIONES I . Calcule el área de la región limitada por las curvas dadas: l._ y = x2 - 6x + 8 y = -x2 + 6x - 8 2.- y = 1/x, y = x2 , x = 1/2, x = 2 3.- y = ex , y - e3 x , x - 1 4.- y = e ' 2 x , y =*ex , x - 0, x = 1 5.- y = x2 , y - |x| + 1 6.- y = x3 - 12x, y = x2 7.- y = sen Xj y = eos x, x = -u/2 8.- y = x3 ? y = -x, y = x + 6 9.- y2 - 2x = 0} y2 + 4x - 12 = 0 10.- x + 2 = y 2 - 2 y x - y = -2y2 + 4 2 2 11.- Calcule el área de la elipse -5- + TK =: ^ 12.- Calcule el área del círculo x2 + y2 = r2 x2 13.- Calcule el área de la región limitada por y = -r— eje x, (A _ x 2 y 3 / 2 y las rectas x = 0 y x = l ^ A / II. Calcule la longitud de la curva en el intervalo dado 66 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  68. 68. 1.- y = In x para 1 < x < 2 2.- y = x2 para O < x < 4 3/2 g 3.- y = x para ^ < x < 4 4.- y = e~x para O < x < 1 y = ln eos x para 0 < x < j III. Calcule el volumen del sólido de revolución que se genera al rotar la región: 1.- y - e s y = 0, x = 0, x = 1 alrededor del eje x 2.- y = sen x, y = 0 alrededor del eje x 3.- y = e , y ^ O , x = 0 x = l alrededor del eje y 4.- y = x2 , y = 1 + x - x2 alrededor del eje x 5.- y = 4x2 , y = 4x alrededor del eje x 2x 6.- y = e , y = 0, x = 0, x = 1 alrededor de y = -1 7.- y = 1n x2 , y = 0, x = e alrededor de x =-1 8.- y = arctan x, y = 0, x = 1 alrededor de x = 2 9.- y = x2 + 3, y = 4, x *• 0 alrededor de y = -2 10.- y = 1 - x2 , y = x3 + 1, y = 0, x = 2 alrededor de y - -1 67 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  69. 69. IV. Determinar si cada una de las siguientes integrales converge o no; en caso afirmativo evaluarla: dx dx x ln2 x V ° x2 e"x dx dx dx ,1 ^ n > 2 In x dx x dx - 1 ex dx x dx x + 4 dx x/4 - x2 Inl/x dx dt + f dx V. Calcule el valor aproximado del número indicado y estime el error en la aproximación In 7/9 con n = 4 con n = 3 68 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  70. 70. sen 62° con n = 4 e con n = 8 eos 3o con n = 5 sen 89° con n = 3 1 7T con n = 2 e1 / 8 con n = 3 PROBLEMAS DE APLICACIÓN 1.- Suponga que se bombea agua hacia un tanque inicialmente vacío, la razón de flujo del agua al tanque, después de t minutos es de 50-t galones por minuto. ¿ Qué cantidad de agua fluye al tanque durante la primera media hora ? 2,- Se lanza un cohete verticalmente al aire, su velocidad t segundos ^ pues es v(t) = 20t + 50 m/seg. ¿ Qué distancia recorrerá durante los primeros 100 segundos ? 3.- Se determinó que en 1940, la densidad de población a t millas del cen tro de la ciudad de Nueva York era aproximadamente 120 e-°-2t miles de~~ personas por milla cuadrada. Estime el número de personas que vivían en 1940, dentro de un radio de 2 millas del centro de la ciudad. 4.- ¿ Qué cantidad de trabajo se debe realizar para impulsar un satélite de 1000 Ib en dirección vertical, desde la superficie de la tierra a una órbita a 1000 millas sobre dicha superficie ? (Radio de la tierra 4000 millas.) 69 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  71. 71. 5.- Una cadena de 20 pies pesa 5 Ib/pie, yace en el suelo. ¿ Cuánto traba- jo es necesario para elevar uno de sus extremos hasta 20 pies de altura de manera que quede toda extendida ? 6.- Una cadena de 15 pies de largo y que pesa 3 Ib/pie está suspendida ver- ticalmente desde 15 pies de altura. ¿ Cuánto trabajo hace falta para elevar toda la cadena hasta 15 pies de altura ? 7.- Hallar el trabajo necesario para elevar el extremo inferior de la cade- na del ejercicio anterior hasta 15 pies de altura, dejando la cadena d£ blada y en posición vertical. 81 - Una grúa de demolición tiene una bola'de 500 Ib suspendida a un cable de 40 pies, cuya densidad es 0.7 Ib/pie. Hallar el trabajo necesario para enrollar 15 pies de la cadena. 9.- 10.- El depósito de la siguiente figura tiene 8 pies de altura.y 2 pies de radio en su parte superior. Si se llena hasta una altura de 6 pies con un aceite que pesa 50 Ib/pie3 , hallar el trabajo requerido para bombear todo ese aceite sobre el borde superior del depósito (2,8) Un depósito tiene la forma de un cono circular recto y está lleno de agua. Si la altura del depósito es de 10 pies y el radio en la cúspide es de 4 pies. Encuentre el trabajo realizado al bombear agua hasta el borde superior del depósito 6 = 62.4 Ib/pie3 11.- Encuentre el trabajo realizado al bombear todo el aceite de densidad p = 50 Ib/pie3 sobre el borde.de un recipiente cilindrico apoyado sobre su base. Si el radio de la base es de 5 pies, su altura es de 10 pies y está lleno de aceite 70 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  72. 72. 12.- Un recipiente esférico de almacenamiento tiene 12 pies de radio, la b£ se del recipiente esta al nivel del suelo. Encuentre la cantidad de trabajo realizado para llenar el tanque con aceite que pesa 50 Ib/pie3 si todo el aceite se encuentra al principio al nivel del suelo. 13.- Un tanque cilindrico de 3 ft de radio y 10 ft de longitud yace sobre su cara lateral en un piso horizontal. Si se llena al principio con gasolina que pesa 40 lb/ft3 , ¿ qué cantidad de trabajo se realiza para bombear esta gasolina a un punto 5 ft arriba del tope del tanque ? 14.- Una presa tiene una compuerta vertical en forma de trapecio que mide 8 ft en su lado superior, 6 en su base y 5 de altura. ¿ Cual es la fue£ za total ejercida sobre la compuerta si su lado superior está 4 ft jo la superficie del agua ? 15.- El fondo de una piscina es un plano inclinado que tiene 2 ft de didad en un extremo y 10 ft en el otro. Si dicha piscina mide 40 ft de largo y 30 ft de ancho. ¿ Cuál es la fuerza total que actúa sobre uno de sus laterales de 40 ft ? 16.- Una claraboya cuadrada en el lateral vertical de un barco mide 1 ft de lado. Hallar la fuerza total que soporta, suponiendo que el lado sup£ rior del cuadrado está 15 ft bajo el agua. 17.- Un centro de piscicultura tiene un gran tanque lleno de agua con un cristal circular lateral para poder observar el interior. Calcular la fuerza sobre ese cristal si mide 1 ft de radio y su centro está 3 ft bajo la superficie del agua. 71 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  73. 73. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  74. 74. LAS FUNCIONES TRASCENDENTES LAS FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS 1. Obtener la equivalencia en radianes de cada uno de lossiguientes ángulos: a) 75° b) 6Ü( c) 735 o o O 2. Encontrar la equivalencia en gradosde cada unode los ángulos siguientes, los cuales están medidos enradianes: a) §* b) 4 c) 14.31 3. A partir de la identidad cos(x* -f y) ~ eosx eos y —senx seny demostrar: sen(x -f y) = sen x eosy + sen y eos x sugerencia: utilizar senx = cos(x — |-) y cosx = sen(x + |-) 4. Verificar que para todo número real x se cumple: a) sen(ir — #) = sena; b) COS(TT —a;) = —cosx c) sen(w -f xa ) = —senx d) cos(?r + ff) = —eosar e) tan(n —x) ——tanx f) tan(ir -- x) ~ tanx g) í a n ( |- a?)= cotx 73 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  75. 75. h) cot(~ — x) ~ tan x 5. Probar las identidades: cos2 x = -(1 -f cos2x) ¿i sen2 x — ~(1 — cos2x) 6. Expresar sen ?JX y cosix en términos de senx y 7. Probar . ¿a?i x 4- y) = - oí - t/) = 1 — T ~ tan y 1 -f ¿a?i x'tan y 8. Trazar la gráfica de las siguientes funciones, mediante desplazamientos horizontales o verticales, o expansiones y contracciones: a) f{x) = c) / 3 ( x ) = | f d) /4(s) - 3sen(x + | ) e) /s(x) = 1 — sen2x f) /e(a?) = -sen(2s - | ) 9. Obtener la amplitud, el periodo y ei ángulo de defasamiento para cada una de las funciones del problema 8. 10. Utilizando el concepto de amplitud modulada trazar un bosquejo de la gráfica de las siguientes funciones: a) fi(x) = xsenx b) A'O'E) = cosx sen | c) fs(x) = eos x eos- d) /^(x) ~ senx sen- e ) /sí27 ) ~ x2 senx 11. Calcular la derivada de las siguientes funciones: a ) fi(x ) —cos2 x c) /3(ÍP) = 2sen x eosx DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  76. 76. 12. Sea /(a:) = |co$a:|. Graficar /(ai). ¿Es derivable /(a;) en todo su dominio? Justificar la respuesta. 13. Utilizando técnicas de derivación (máximos, mínimos, crecimiento, con- cavidad, etc.) graficar: a ) fi(x ) —sen2 x b) ¡2{x ) = senx2 . ¿Es periódica? LA FUNCIÓN INVERSA 1. Para cada una de las funciones siguientes determinar el intervalo o los intervalos en donde está definida la función inversa, obtener una expresión para ella, si es posible, y obtener la derivada de la función inversa en el punto indicado. a ) fi(x ) ^ %x ~~ 4, en el punto (1,-1) b) Í2(x) = V$x ~ 7, en el punto (3,2) c ) h{x ) - x ^ + x3 i e ^ el punto (1,2) d) U{x) = ~rfL^, en el punto ( ^ ^-) e ) h(x ) = ~, en el punto.(2, ^) 0 /s(«) = 3coí(|), en el punto (TT,O) g) /iW = { ^+3 ' l t > e n el pimto(0 '3) h ) AW^MíéH^nelpuntoíl^f) 2. Obtener la gráfica de la función inversa a partir de la gráfica de la función que aparece en el problema anterior incisos a), d), e), f), g) y h). 3. Sea/(a;) = x + senx. Nótese que/(|TT) = |TT—1. Calcular (/-i)'(|7r~l) 75 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  77. 77. LAS FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS INVERSAS 1. Definir las funciones Arco Cotangente y Arco Cosecante, granearlas a par- tir de las gráficas de las funciones Cotangente y Cosecante. Obtener su derivada mediante la derivada de la Cotangente y la Cosecante. 2. Probar la identidad arctan # -f arctan?/ = arctan(-~ ) 1 - xy Sugerencia: utilizar la identidad de la tangente de la suma de dos números, siendo éstos arctan x y arctan y. 3. Probar que se cumple, para x ^ 0: — {arecotx— arctan(—)) = 0 dx x 4. Derivar las funciones siguientes: a) fi(x) ~ arceos(sen yfx) b) /2(#) = x3 eos x2 arceosx2 c) fs{z) — tan(z2 -f arcsenSz) d) f4(t) = árcese() e) fñ(0) = sen(2arcsen0) f) fe(x) ^ (arecotx2 )2 5. Despejar la variable x en las siguientes ecuaciones trigonométricas: a) arctan 2y =r arctan x2 -f C b) Zy— 5sen x = 6 c) eos?/eosa?— 0 d) v/l2y e) AT(a;) 6. Resolver las ecuaciones siguientes, es decir, encontrar todos los números x que satisfagan: a) (tañar)2 = 1 b) V2senx = 6 76 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  78. 78. LA FUNCIÓN LOGARITMO 1. A partir de la gráfica de nx y mediante translaciones obtener la gráfica de las funciones siguientes: a) fx(x) = ln-x b) /2(*) = ln(a?-l) c) d) e) h(x) = ]nx 2. Calcular el valor de las expresiones siguientes, sin el empleo de la calcu- ladora: a) m(4e)-21n23 -ln(i) b) c) d) In(3e) 3. Verificar que se cumple las igualdades siguientes, sin utilizar calculadora (sugerencia: emplear propiedades del logaritmo): a) ¡ln(3 + 2V / 2)^f b) ln(x + Vx2 -f 1) = - ln(Vz2 -f 1- x) c) l n ( i = ^ ) = 2n(senx) - ln(ar(l + cosa?)) 4. Resolver las siguientes ecuaciones logarítmicas: a) ln(z2 - 1) = n(x - 2) -I-ln(x - 3) b) ln(3-a?)+ln2-ln(2x + l) = 0 c) ln(l + ar)-ln(l~a:) = 1 d) ln(2 - x) + ln(a: + 11) = m(2z - 3) e) 21n2 + ln(a?2 - 1) = ln(4a: - 1) 5. ¿Qué ángulo forma con el eje X la recta tangente a la curva y~nx en el punto (1,0)? 6. Obtener las ecuaciones de las rectas tangente y normal a la gráfica de f(x) = ln(e -h x2 ) en el punto (1,0). 7. Calcular la derivada de las funciones siguientes: a) fi(x) = ln(sen2 x) 77 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  79. 79. b) f2(x) = sen{n(2x + 3)) c) y = ln(2ar + 5) d) y=(hi(x + l)y e) fz{x) — e 2n(arcsenx)2 1) y = tan(ln y/x) 8. Determinar losmáximos, mínimos y losintervalos decrecimiento def(x) = — 9. Obtener los máximos y mínimos de f(x) = xnx — 3x 10. Utilizando técnicas de derivación granear: a) fi(x) ==x -flux b) y - ln(x2 ) c) y - s2 -f lna: e) /2(ar) = (In a:)2 LA FUNCIÓN EXPONENCIAL 1. A partir de la gráfica de f(x) —ex y mediante translaciones, expansiones o contracciones obtener la gráfica de las funciones siguientes: a) f1(x) =e— b) f,(x) = -e* c) h{x) = e*+» d) /4(x) = e1 -2 * e) h{x) = e - 5 -+ 1 f) /s(*) = e* + ke ~* g) /r(x)= le*- l e - 2. Simplificar al máximo las siguientes expresiones: a) ln(ei) 78 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  80. 80. b) n(x2 e~3x ) (n eln2+ln3 e) e51 ™3 6) ^ h) e{ -x e1+x l ) c+1 j ; e*(2e-l) 3. Obtener las funciones f(g(x)) y g(f(x)) para las funciones 4. Calcular la derivada de las siguientes funciones: a) fi(x) = e^ b) h(x) - cosíe2 **1 ) c) y = esena;2 d) t/ = e2íC sen3a: e) f3(x) - ex sen(ex ) f) y — arctan(e~ 2 x ) h) /*(*) - f~j i) y = c¿ j) y = ( a r - l ) e i 5. Verificar si la función t/(#) = e~2(cosa? -f senx) satisface la siguiente ecuación: 2/" + y1 + ~y = o 6. Obtener una fórmula para la derivada de orden n de las funciones: a) f(x) = ln ;r b) ^(a;) = are37 7. Determinar los máximos, mínimos y puntos de inflexión de f(x) = 2e~x 8. Obtener los intervalos de concavidad de g(x) •- xex 79 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  81. 81. 9. Obtener 4a - para la función y definida por la ecuación siguiente: d* á en términos de x y de y) 10. Utilizando técnicas de derivación (máximos, mínimos, crecimiento, con- cavidad, puntos de inflexión, asíntotas, etc.) graficar: a) f(x) = ei b) g(x) = e~** c) y = e~*2 LAS FUNCIONES EXPONENCIAL GENERAL Y LOGARITMO BASE a 1. A partir de las gráficas de ax y loga x graficar mediante translaciones : a) /i(x) = 4*"1 b) h{x) = 22 ~* c) /3(st) = 9* - 5 d) U(x) = og9(x - 5) 2. Resolver las ecuaciones siguientes: a) Iog5(2ar + 5) + log5(2*-5) = 2 b) 21n(l-har)= l + l n ( l - x ) c) (5*- 1)(5*- 25) = 0 c|) 7^+2 ^ 7 ^ 0 e) T~* - i = 0 f) Ax -f 32r - 4 = 0 3. Expresar Iog5 (^)t en términos de In2, In3 yIn5. 4. Verificar que se cumple las siguientes igualdades mediante las propiedades de logaritmo, sin utilizar la calculadora: c) l o g ^ S l ) = § 5. Si /(a:) = 3~*y ír(a;) = —eos2a;, obtener el valor de f(g{))'- 80 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  82. 82. 6. Despejar la variable x en las siguientes ecuaciones: a) 100* = 1900 b) y52 *+1 = 2 7. Derivar las funciones siguientes: a) /!(*) = 36 *-2 b) /2(a?)= lO^lna? c) y = 31 -'log2(5ar-l) d) y = 2* + 22X e) h(x) = 55cn (f) g) /4(ar) = se?i(log8a?) n) h(x) = 10c i) /6(a:) = (sena)008 * j) /7 (ÍC) = a:sena7 k) f&(x) = cos ^tana^6 "^^ utilizando cíerivación logarítmica. tan(2ar) 5a: tana: LA REGLA DE L'HOSPITAL a) liir b) lirr c) liir d) lirr e) lin f) lirr g) ün h) lim^-^cx, p-, a y 6, constantes. 81 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  83. 83. C. APLICACIONES 1. (Medicina) La propagación de una epidemia de duración prolongada está descrita por la ecuación P(t) _ 3 2 >0 0 0 en donde P{t) es el número de gente infectada t semanas después del brote de la epidemia, ¿Cuánto tiempo deberá pasar para que 2000 personas lleguen a estar infectadas? 2. El número de calculadoras verificadas diariamente por un trabajador de cierta compañía de ensamblado de calculadoras, después de t horas de entrenamiento está dado por N(t) = 60(1 - e-0 '2 *) ¿En cuánto tiempo probará 60 calculadoras? 3. La magnitud R de un temblor de intensidad /, en la escala de Richter, está dada por en donde 70 es una intensidad estándar (de un temblor utilizado como referencia) usada por comparación. Así 7 un temblor de magnitud R = 4 en la escala Richter significa que (f) ó f-104 así / = 10,000/o, lo cual significa que el temblor que se está midiendo es 10,000 veces mayor (más intenso) que el temblor estándar usado para comparar: • El terremoto de México de 1985 tuvo una magnitud de 8.3 en la escala de Richter. ¿Cuántas veces fue más intenso que un temblor estándar? • El temblor de 1978 en Irán tuvo una intensidad de 1077 7Q. ¿Cuál fue su magnitud en la escala Richter? 82 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  84. 84. 4. (Ecología) Como resultado de un accidente, la cantidad de gas Kripton que una planta nuclear ha estado descargando en la atmósfera (en miles de pies cúbicos) está dada por A{t) = 3(0.98/ con 0 < t < 30 en donde t es el número de semanas transcurridas desde el accidente. ¿En cuántas semanas habrá en la atmósfera 2222.45 pies cúbicos de gas Kripton? Graficar A(t) 5. (Absorción de la luz) Cuando un rayo de luz de intensidad /o (medida en lumens) atraviesa un medio de espesor s (medido en centímetros), la intensidad luminosa / del rayo emergente está dada por / - Ioe-ka donde k es una constante que depende del medio. Condidérese un medio tal que k~3 • Graficar la función intensidad I(s). • Encontrar la intensidad resultante de un rayo de luz de 80-lúmenes pasando a través de un medio de espesor 4.2 cm. • Supóngase que un rayo luminoso penetra en un medio para el cual k—5 con una intensidad de 100 lúmenes. ¿A qué profundidad tendrá el rayo de luz una intensidad de 0.25 lúmenes? 6. (Temperatura) Durante 1980 se encontró que la temperatura (medida en grados Fahrenheit) de un cierto resorte está dada por 6 0 + ( í ) en donde t es el número de meses que han pasado desde el primero de enero de 1980. • ¿A qué temperatura (en grados centígrados) se encontrará el re- sorte a mediados de noviembre de 1981? • ¿En qué fecha el resorte se encontrará a 60.72 grados Fahrenheit? 83 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  85. 85. LA INTEGRAL A. Definición de la integral mediante Sumas de Riemann. 1. Utilizando Sumas de Riemann, demostrar que el área bajo la gráfica de 1 2 2 f(x) = x, en el intervalo [a,b] es igual a ^(b -- a ). 2. Mediante una Suma de Riemann para 11=10, calcular el área bajo la parábola y = ~x + 4 y encima del intervalo [-2,2]. rb 2 3. Obtener (-x + 4)dx, utilizando sumas de Riemann. 4. Obtener un valor aproximado para In2, utilizando una Suma de Riemann para n = 20. Sugerencia: Recordar que, de acuerdo a la definición de •nlnx, se tiene lnx = ¡ ~ dt i 5. Calcular aproximadamente el valor de ArcSen(^) mediante una Suma de r 'Riemann para n=10. Sugerencia; ArcSent = dx K / l - x2 6. Calcular aproximadamente el valor de n, utilizando una suma de Riemann i 1 TT 1 I 1 para la función y n=20. Sugerencia: ^ = ArcTanxj = — Ixv In v n 1 _•^1+x" " «o J o 1+x2 dx B, El Teorema Fundamental del Cálculo. 1. Dar un ejemplo de una función f(x) continua en (0,1), para la cual r1 f(x) dx no exista. ¿ Porqué esto no contradice al TeoremaJ o Fundamental del Cálculo? 2. Dar un ejemplo de una función f(x) que no sea continua en [0,1] y para r1 la cual f(x) dx sí exista. J o 3 3. Derivar la función G(t) = 3(6t+8) . (ArcTanx) dx + 2t y obtener J o Gf (0). DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  86. 86. 4. Derivar las siguientes funciones 2 2 a) F(t) = I dx ; b) G(t) ArcTan(ex ) dx A +5 V 1 + X f1 2 x 2 2 5. Verificar si la función y(x) = e~x . e dt + ce x satisface la ecuación y* + 2xy = 1 6. Si f(x) = v9+t2 dt , obtener (f'VfO) 7. Encontrar los máximos y mínimos para la función F(x) = sen(t ) dt en el intervalo [0$ ] fx - t 2 8. Verificar si y(u) = eu , en donde u = e , satisface la ecuación yf - e y = 0, y ia condición y(0) == i 9. Encontrar la función T(t) y el valor de c>de tal forma que se satisfaga para rx todo xeR la igualdad f(t) dt = senx - cosx C. Métodos de Integración. 1. Resolver las siguientes integrales inmediatas: a) f e-3x dx h)í ^ dx — oj»I-^^Zdz , U i _ «2x ' J 1 + cos2 z (ArcTanx)5 , , . [ ' < ) . f . ,— dx i) 4- dx p) 2 e dx 1 + x¿ x dx ... f l+tanZ flnx) ... _. I de e x / l - e~x 1+tan (Inx) , , — ^ ¿dx q) i r1 - z . . ln( Inx) , , dz JU dx r) 1 96 x e + i — 2x 25 dx 85 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  87. 87. e) x(lnx)r , re® ., 2 4tanx, v 1) sec x e dx s) sen2x 1 + sen x dx f) V4 + o o A 2 <*. 5 i * (ArcSenx }2.cosza senza da m) | sec x tan x dx t) | | —^— dx• J.KM. -» K-^ nj> xln(x2 + 1) dx l n X dx, r€(Q . Resolver las siguientes integralesno-inmediatas: a) Vx VI +x6c dx o ~2 W z v 5 - 2z dz x2 ln2 x dx | sene - cosG| de ex + 1 cscx dx - x dx i) 3x e (sen2x ~ cos2x) dx o) esc x dx d) dx 1 + Í dx xlnx dx k) ln x dx p) xArcSenx dx ArcTanx q) 3 X2 )2 dx f) xsenx dx .. lnx , 1) — -dx r> ArcTanx — - * (1 + X )2 86 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  88. 88. 3. Resolver las siguientes integrales: a) sen(lnx) dx g) ArcTanVx: dx ArcSenx , x sen(lnx) . , v . ^ . , b) * L dx h) xArcCotx dx n) eos (lnx) dx c) ln(l + x2 ) dx i) senVx dx v COtX , O) 1—7 r dX ln(senx) d) Vx e dx j) krcSenVx dx P) dx x + 2x + 2 e) sen(lnx) dx k) lnx sen(lnx) dx dx 4x +12X+20 f) senxcosxln(senx) 1) xArcTanx dx Ir) ln(x+/l+x 2 ) cU 4. Calcular las siguientes integrales: r r dxa) h) sen x eos x dx 3 / X V 4x2 - 9 b) dx i) sec x Vianx dx c) 1 + v xZ + 1 dx j) tan x sec x dx v 4 2 , o) sen x eos x dx p) sec x tanx dx q) sen8x sen3x dx d) }/ 2x ~ x2 dx A) tanx •secx ' dx r) cosx cos4x dx e) x3 V 7 + x2 dx cot3 x csc3 x dx s) sen4z cos5z dz (16 - 9x2 )2 . . f 3 , - í . ^ ¿ dx m) sen x (cosx) dx f"f t) cosmx cosnx dx,m=?t n 87 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  89. 89. 5*. Calcular las siguientes integrales de funciones racionales, conociendo &n caso dado una raíz d&l d&norninador: ay I dx bJ> J dx, raí& x=1 r 4 2 r ^ 3 2. I x +3x +X+1 I 2x +3x *•" i tjx oJ> J J x3 +x J x3 +3x- I dx, raíz x = l c/J>I — J x 3 - l J 5 x3 +2x2 +2x+l 4 dx, raíz x»-l I ÍJ. dx, raíz x«3 /!> I ^~ f 4 3 I x - x -x-1 , 3 Z -d X J x -x d x ó). Resolver las siguientes; integrales mediante las sustituciones y = e"v d x ^ f 2ex ^- e~x , ^^ f a^ dx cD I ^ x . -x I J 3e + e J . v f e X - 1 . . f 2 - Stanx , OJ — dx e.) ; _ _ - _ . dx J e 2x + 3 J3 + 4 t a n x J e~x + 3ex J 3 + 3 s e c x 88 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  90. 90. ALGUNAS APLICACIONES DE LA INTEGRAL LONGITUD DE UNA CURVA 1. Calcular la longitud de las curvas siguientes, entre los puntos señalados: a) y = tx , entre x — 0 y x = 1 b) y = #§,entre x = 1 y x = 3 c) y = | ( e r + e""*), entre a:= - 1 y x = 1 d) Unacircunferencia de radio r. e) y —ln(cos#), entre x = 0 y x = ~ f) y = lna?, entre a:= /3 y x = /8 g) La parábola a,*2 = 4t/, desde su vértice hasta un extremo de su lado recto. h) y = arcsen (e""37 ), entre o?= 0 y a?= 1 ÁREAS 2 2 1. Calcular el área encerrada por la elipse ~- -f jfg = 1 2. Calcular el área encerrada por las curvas f(x) z= x3 - x y g(x) = a;2 3. Obtener el área de la región comprendida por y — —x2 4-4# — 3 y sus rectas tangentes en los puntos (0,--3), (4, —3) 4. Calcular el área de la región encerrada porla parábola y2 = 4x y su cuerda que pasa por los puntos (1, —2), (4,4) 5. Determinar el valor del área de la región comprendida por x = 3 — y2 y su normal en el punto(2,1) 6. Calcular el área de la región comprendida entre las curvas x = y2 — 2y— 2 y x = -2y2 + y -f 4 7. Determinar el valor delárea delaregión lirniadapor lascurvas y ~ senxy y: cosa;, el eje Y y el primer punto en donde se intersectan estas curvas, para x > 0. 89 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  91. 91. 8. Calcular el área de la región comprendida por la gráfica de y = lnx y las rectas x = | , x = 6 9. Obtener el valor del área limitada por la gráfica de y — x ln x y las rectas 2/= 0,3 = 2 10. Calcular el área de la región comprendida por la curva y = arcsenx y las rectas ?/= 0 ,x — yT2 VOLÚMENES DE SOLIDOS DE REVOLUCIÓN 1. Calcular el volumen de una esfera de radio R. 2. Demostrar que el volumen de un cilindro recto de radio R y altura H es irR2 H 3. Obtener el volumen del paraboloide x2 + y2 = z acotado por el plano Z = 10 4. Obtener el volumen del sólido de revolución obtenido al girar la región comprendida por las gráficas de y —4x2 y y = 23,.alrededor de: a) El eje X b) El eje Y c) La recta y = 2 d) La recta x = 2 5. Calcular el volumen del sólido de revolución generado por la región com- prendida por las curvas y = 6 — x2 y y ~ 2, al rotarse alrededor de: a) El eje X b) El ejeY 6. Obtener el volumen del sólido que se genera al rotar alrededor del eje X, la región comprendida por y = y/serTx, x = 0, x — TT 7. Calcular el volumen del sólido generado al girar la región encerrada por (x - 2)2 -f y2 = 1, alrededor de : a) El ejeX b) El eje Y c) La recta y =—2 d) La recta x = 2 8. Calcular el volumen de los sólidos de revolución que generan las curvas siguientes, alrededor de las rectas dadas: 90 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  92. 92. a) y = S€7i(x2 )} x = O, a; = / f ?ye l e Je X; alrededor del eje Y b) y = ln#, # — e, t/ = 0; alrededor de la recta x — TT c) y ~ ardan xf x = 0, y = 0, i/ = ^; alrededor del eje Y d) y = ai^cscnx, x = 0, x*= l,y el eje X; alrededor del eje Y e) ?/ = e~x y x =.0, o; = l,y el eje X; alrededor de la racta x = 2 f) La parábola t/2 = 8x*y su lado recto; alrededor del eje Y INTEGRACIÓN IMPROPIA 1. Calcular las siguientes integrales impropias: 2. Demostrar que el área bajo la gráfica de f(x) ~ e~2;C , para x > 0, es igual a ^. Calcular el volumen generado por esta región al girar alrededor del ejeX. 3. ¿Para qué valor de c la siguiente integral es convergente : f*° 91 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  93. 93. EL TEOREMA DE TAYLOR 1. Utilizar los 5 primeros términos del desarrollo de Taylor de e~x para cal- cular e~0 -2 y dar una estimación para el error correspondiente. 2. Obtener el valor aproximado de y/9A. mediante un polinomio de grado 5 y estimar el error cometido en tal aproximación. 3. En cada uno de los siguientes incisos calcular el valor aproximado de la expresión dada, utilizando un polinomio del grado que se indica y obtener la estimación del error correspondiente: a) ^í—; n = 4 b) ln(1.3); n = 5 c) v^8^5; n = 4 d) sen (31°); n = 4 e) ee; n = 5 92 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  94. 94. EVALUACIONES APLICADAS DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  95. 95. DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  96. 96. PRIMER EXAMEN DE CALCULO II Trimestre 92- O (3.0) 1. Derive las funciones: /(*) = sen2 (7 + ln*), g(x)= 52 *ArcCos5z (1.5) 2. Encuentre losvalores dex quesatisfagan la ecuación: log4 43 + log4 (x2 + 12)= 4+ log4 (6- x) (3.5) 3. Dada la función f(x) =§£: a) ¿Para quévalores dex está definida f(x)l b) ¿Cuál esel comportamiento def(x) cuando x —+ ±oo? c) ¿Tiene asíntotas verticales? d) Verifique: /'(*)= Í 2 ^ y /«(,)= í£=2s+»is: e) Determine la región en donde /(a?) crece (decrece) f) ¿Enquépunto deldominio alcanza f(x) su valor máximo (mínimo)? ¿Cuál es el valor deeste máximo (mínimo)? Sies necesario, utilice el valor e3 = 20.349 g) ¿Endónde escóncava hacia abajo (arriba) la gráfica def(x)? h) ¿Enquépunto(s) cambia la concavidad def(x)? i) Resuma la información anterior en un bosquejo gráfico. (2.0) 4. Dada la función f(x) = 1+ y/x- lna?, determine un intervalo en donde / tenga inversa. Obtenga (/"1 )/ (2), sabiendo que/(I) =2 95 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  97. 97. PRIMER EXAMEN DE CALCULO II Trimestre 92 - P 1. Derivar la función f(x) = e A r c T a M a r - *(Cos(ln2x))2 2. Encontrar los valores de x que satisfagan la ecuación (|)3l: ~7 = (|)7ar ~3 3. Graficar la función /(#) = ~-, tomando en cuenta su dominio, discon- tinuidades, asíntotas, máximos y mínimos, intervalos de monotonía, pun- tos de inflexión e intervalos de concavidad. 4. Dada la función f(x) = i-5 - a) Determinar el (los) Íntervalo(s) en donde exista la función inversa. b) Sabiendo que /(e2 ) = f, obtener (f~l )'(j) 96 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  98. 98. SEGUNDO EXAMEN DE CALCULO II Trimestre 92-0 Noviembre 17 de 1992 (3.0) 1. Resolver la integral: t A irnSt*c T dx / ArcSec x (2.5) 2. Calcular: —==• dx y/3x (2.5) 3. Obtener el valor aproximado de la siguiente integral, utilizando una Suma de Riemann para f(x) = sen>/r, el intervalo [0,1] y n = 5: i sen /x dx (Asegúrese de que su calculadora está en modo radianes) (2.0) 4. Un depósito perforado de combustible pierde su contenido de tal modo que la variación de su volumen con respecto al tiempo está dada por Obtener una expresión para el volumen del depósito al tiempo í.(No olvi- dar la constante de integración.) Si V(0) = 100, ¿Cuál es el valor cíe la constante? 97 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  99. 99. TERCER EXAMEN DE CALCULO II Trimestre 92-0 Noviembre 20 de1992 (4.0) 1. Resolver la integral: 2a:3 + x2 + 9x - 16Í2x3 +x J x3 -x'2 dx, c2 + 3x - 10 sabiendo que x = 2 es una raíz del denominador. (3.0) 2. Obtener: r dx (l-*2)f (3.0) 3. Calcular: / sen5 z cos3 x dx 98 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  100. 100. Tercer examen de Cálculo II Trimestre 91-P Julio 16, 1992 (25%) 1. Calcular el área encerrada por las curvas x - 3 = -y2 y x - 4 = -2jr (30%) 2. Obtener el volumen del sólido de revolución que se genera al rotar la región determinada por f(x) —sen-r, x —ir, x = '¿X y el eje X, al rotarse alrededor de la recta y = 1 (30%) 3. Calcular x / O , en forma aproximada utilizando un polinomio de Taylor de grado 4 y obtener una estimación para el error correspondiente. (15%) 4. Obtener /+,00 xe-^dx 99 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  101. 101. Trimestre 91-0 E X A M E N G L O B A L D E C A L C U L O II TEMA I (*)1. Derivar f(x) = sen2 (eX + ArcTan 2x) + In2 (l+2x2 ) (•)2. Despejar x de la siguiente ecuación: 3 ln [az + ArcTan(-)] - 2b + 3 = O Si 3. Sea f(x) » x + e~x a) Determine los intervalos en donde existe la función inversa. b) Considerando que f(l) = 1 + ~ , obtenga (f~V( 1 + ~ ) 4. Obtenga el valor de x que satisfaga la ecuación Iog2(3x ~ 2) » Iog1/2(x) (*)5. Grafique la función f(x) = sen x, en el intervalo [~2n>2n] (Obtenga periodicidad, paridad, máximos» mínimos, etc) T E M A " - x V t2 (*)6. Verifique si la función y(x)=e i e dt + ce x , satisface J o la ecuación y'+ 2xy = 1 7. Calcule las siguientes integrales (*)a) I dx f x-1 a ) — J x3 +l ^ ArcTan x dx c) x(x2 +i:i3/2 íTEMA III. «VI dx 8. Calcule la siguiente integral impropia: Vx (1+x) (*)9 Calcule el volumen del sólido de revolución que se genera al 2 ci 2rotar la región limitada por y=sen x2 y las rectas y=O =J^ alrededor de la recta x=0 10.Calcule el área de la región limitada por x=y2 +2y~2 y la recta que pasa por el punto (1,1), y cuya pendiente es - i de la pendiente de la recta tangente a la curva en el punto (1,1). (*}li.a) Calcule el valor aproximado de —í- con un polinomio de /Ti Taylor de cuarto grado. b) Estime el error en la aproximación anterior, rt 12. Obtenga lim 2 x-»o+ cot - x 100 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  102. 102. EXAMEN GLOBAL DE CALCULO II Trimestre 91-P Julio 24 de 1992 IMPORTANTE l.Los problemas marcados con * son los que componen el examen global. 2.Para aprobar el examen global son indispensables los siguientes requisitos: a)Resolver correctamente los ejercicios 1, 5, 6 y 11. b)Obtenerf por ¡o menos, una calificación de 6.0 PARTE I (0.8) *1. Obtener la derivada de i(x) = ArcSen>/£ - e c o s 3 3 x (1.3) *2. Graficar la función f(x) = x(nx)2 , obteniendo dominio, máximos, mínimos, puntos de inflexión e intervalos de concavidad y de crecimiento. Justificar las respuestas. (0.9) *3. Dada la función i(x) = ~(lnx)2 — lna:-f 1, determinar el(los) intervalo(s) en donde exista la función inversa de í(x)1 y sabiendo que f(e) = ^, obtener 4. Obtener el valor de x que satisfaga la ecuación: log2 (4 - x) + log2 (1 - 2x) =: 21og2 3 PARTE II (1.3) *5. Resolver la integral: ArcSen y/x > — dx (1.3) *6. Calcular: 3a;2 + x - 1 •dx (0.9) *7. Obtener la integral siguiente: dx 1 101 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com
  103. 103. 8. Derivar la función F(x) = senx •Jx *el "~' dt PARTE III (1.3) *9. Calcular *^= , en forma aproximada utilizando un polinomio de Taylor de grado 4 y obtener una estimación para el error correspondiente. (1.1) *10. Calcular el volumen del sólido de revolución que se genera al rotar alrede- dor de la recta y = —1 la región encerrada por las curvas y = —1«2 -f 6 y ¿2 (1.1) *11. Calcular el área encerrada por las gráficas de las funciones y = cosar y y = 3cosx en el intervalo [—|TT, |?r] 12. Obtener el valor de la siguiente integral: I x ln x dx o 102 DERECHOS RESERVADOS © 2004, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Prohibida la reproducción de esta obra así como la distribución y venta fuera del ámbito de la UAM®. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.com

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