8 2024-01-11
Examen de Análisis I
Ejercicio 8.1 Dar ejemplos de conjuntos que cumplan lo siguiente y demostrarlo.
- Un conjunto que tenga exactamente dos puntos de acumulación.
- Un conjunto que no sea abierto ni cerrado.
Existen muchos conjuntos que cumplen lo que se pide, así que daremos uno sencillo. Si consideramos el conjunto
, podemos ver fácilmente que es un punto de acumulación de , ya que para cualquier , por la propiedad arquimediana es posible encontrar un tal que , y por tanto, el número pertenece a y también al entorno reducido .Veamos ahora que
no tiene más puntos de acumulación. Si tomando , el entorno reducido solo contendría puntos negativos por lo que no contendría ningún punto de . Del mismo modo, tomando , el entorno reducido solo contendría puntos mayores que por lo que no contendría ningún punto de , ya que el máximo de es . Finalmente, si , por la propiedad arquimediana, existe tal que . Tomando , también se cumple que el entorno reducido no contiene puntos de .Del mismo modo, si consideramos el conjunto
, usando el mismo razonamiento se puede probar que su único punto de acumulación es .Así pues, el conjunto
solo tiene puntos de acumulación, y .El caso más sencillo de un conjunto que no es ni abierto ni cerrado es un intervalo semiabierto, por ejemplo
. Este conjunto no es abierto porque el punto no es un punto interior suyo, y tampoco es cerrado porque su complementario tampoco es abierto, ya que que el punto no es un punto interior suyo.
Ejercicio 8.2 El precio normalizado medio anual del metro cuadrado urbanizable en una ciudad sigue la sucesión
Estudiar si el precio converge a largo plazo y en tal caso calcular el valor límite.
Si calculamos los primeros términos de la sucesión
se intuye que que la sucesión es monótona creciente, pero vamos a probarlo por inducción. En primer lugar,
y por tanto la sucesión es monótona creciente.
Veamos ahora, de nuevo por inducción, que está acotada superiormente por
por lo que la sucesión está acotada superiormente.
Aplicando el teorema de la convergencia de sucesiones monótonas se puede concluir que la sucesión tiene límite
y resolviendo la ecuación se tiene
Como la solución
Ejercicio 8.3 Calcular las asíntotas de la función
Asíntotas verticaes
Para determinar las asíntotas verticales primero debemos estudiar el dominio de la función. Como el dominio de la función logarítmica es
Como ambos límites no existen, no hay asíntota vertical en
Asíntotas horizontales
Para determinar las asíntotas horizontales, tenemos que calcular los límites en el infinito.
Y como ambos límites tampoco no existen, no hay asíntotas horizontales.
Asíntotas oblicuas
Finalmente para ver si hay asíntotas oblicuas, tenemos que estudiar los siguientes límites en el infinito.
Como el último límite no existe, tampoco hay asíntota oblicua en
A pesar de no haber asíntotas oblicuas, como
Ejercicio 8.4 Sabiendo que el area del arco de la circunferencia unidad está comprendido entre las areas de los triángulos que se muestran en la siguiente figura cuando el ángulo
Como se puede apreciar en la figura, el área del sector de la circunferencia unidad correspondiente a un ángulo
Como el área del círculo unidad es
Por otro lado, para calcular el área del triángulo pequeño, se observa que la base es
Finalmente, para calcular el área del triángulo grande, volvemos a utilizar las razones trigonométricas de los triángulos rectángulos. Sabemos que
Así pues, se tienen las siguientes inecuaciones,
Si ahora dividimos por
Aplicando ahora el teorema de la compresión de funciones, como
podemos concluir que
y esto prueba que,
Ejercicio 8.5 Un depósito para la recogida de agua de lluvia tiene forma de cono invertido con radio
El volumen de un cono de radio
Cuando empieza a llover, el volumen de agua en el depósito empieza a cambiar a razón de
de donde se deduce que
que en el instante en que comienza a llover, como
Para dar una aproximación lineal del tiempo que tardará en llenarse el depósito, podemos utilizar el diferencial del tiempo, se que según lo anterior será
Como el depósito ya tiene agua hasta una altura de
Ejercicio 8.6 Calcular el polinomio de Maclaurin de tercer grado de la función
La fórmula del polinomio de Maclaurin de orden
de modo que tenemos que calcular hasta la tercera derivada de
Sustituyendo estos valores en la ecuación del polinomio obtenemos el polinomio que nos piden
Para dar una aproximación del valor de
Calculando el polinomio anterior en este punto tenemos
El error cometido en la aproximación anterior nos lo da el resto de Taylor, que en la forma Lagrange es
En el punto
Para acotar el resto, basta con calcular el máximo de esta función en el intervalo
Ejercicio 8.7 En Economía una función de utilidad expresa la satisfacción que un consumidor obtiene por la compra de un conjunto de bienes o servicios. La función
La función de utilidad es una función de dos variables, pero tenemos a restricción de que la empresa solo puede gastarse 1000€, por lo que debe cumplirse la ecuación
Como se trata de calcular el valor de
y igualando a cero y resolviendo la ecuación se tiene
El valor
Como el signo de la derivada a la izquierda del punto crítico es positivo, y a la derecha negativo, la función crece a la izquierda y decrece a la derecha del punto crítico, por lo que en
Ejercicio 8.8 Dar un ejemplo de una función que tenga una discontinuidad evitable en
Hay muchas funciones que cumplen lo que se pide, así que daremos una función a trozos bastante sencilla.
Veamos que
En
por lo que la función tiene una discontinuidad evitable en
En
Finalmente en
y como lo límites son distintos la función presenta una discontinuidad de salto finito.