using SymPy # Para el cálculo simbólico de límites.
using Plots # Para el dibujo de gráficas.
#plotlyjs() # Para obtener gráficos interactivos.
using ImplicitPlots # Para dibujar curvas implícitas.
using MTH229 # Para restringir la gráfica de una función a su dominio.
using LaTeXStrings # Para usar código LaTeX en los gráficos.
using Latexify # Para convertir expresiones a código LaTeX.
5 Derivadas de funciones reales
5.1 Ejercicios Resueltos
Para la realización de esta práctica se requieren los siguientes paquetes:
Ejercicio 5.1 Galileo Galilei trató de estudiar el movimiento de un cuerpo en caída libre con un experimento en el que midió la distancia recorrida cada segundo por una bola que caía por un plano inclinado.
La siguiente tabla recoge sus mediciones.
Tiempo (s) | Distancia (cm) |
---|---|
0 | 0 |
1 | 1 |
2 | 4 |
3 | 9 |
4 | 16 |
5 | 25 |
Dibujar la gráfica que resulta de unir los puntos correspondientes a los pares de la tabla con segmentos. ¿Qué forma tiene la gráfica?
AyudaSoluciónusing Plots = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6] t = [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36] d scatter(t, d, legend=false) Plots.= Plots.plot!(t, d, linecolor="blue", xlab="Tiempo (s)", ylab="Distancia recorrida (cm)") plt
using GLMakie = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6] t = [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36] d = Figure() fig = Axis(fig[1,1], xlabel="Tiempo (s)", ylabel="Distancia recorrida (cm)") ax scatter!(ax, t, d) Makie.f(x) = x^2 lines!(ax, 0..6, f) Makie. fig
Se aprecia que una forma parabólica.
Calcular la velocidad media (tasa de variación media) desde los instantes \(t=0, 1, 2\) hasta el instante \(t=3\) y dibujar la rectas secantes a la gráfica anterior en esos instantes. ¿Cómo es la tendencia de las velocidades medias?
AyudaLa tasa de variación media de una función \(f\) en un intervalo \([a,b]\) viene dada por la fórmula
\[ TVM(f,[a,b]) = \frac{f(b)-f(a)}{b-a}, \]
y la recta secante a la función \(f\) en el intervalo \([a,b]\) tiene ecuación
\[ y = f(a) + TVM(f,[a,b]) (x-a). \]
Solución# Función para el cálculo de la velocidad media en del instante i al instante j. tvm(i, j) = (d[j]-d[i])/(t[j]-t[i]) = 4 j # Cálculo de las velocidades medias. for i in 1:3 println("Velocidad media desde el instante $(t[i]) al instante $(t[j]): $(tvm(i, j)) cm/s") end # Función para calcular la ecuación de la recta secante en los instantes i y j. secante(x, i, j) = d[i] + tvm(i, j) * (x - t[i]) # Dibujo de las rectas secantes for i in 1:3 = Plots.plot!(x -> secante(x,i,j)) plt end plt
Velocidad media desde el instante 0 al instante 3: 3.0 cm/s Velocidad media desde el instante 1 al instante 3: 4.0 cm/s Velocidad media desde el instante 2 al instante 3: 5.0 cm/s
Las velocidades medias crecen a medida que pasa el tiempo.
Calcular la velocidad media desde el instante \(t=3\) hasta los instantes \(t=6, 5, 4\) y dibujar la rectas secantes a la gráfica anterior en esos instantes. ¿Cómo es la tendencia de las velocidades medias? ¿Hacia dónde tiende la velocidad media cuando los aproximamos al instante \(t=3\) con instantes menores y mayores?
Solución= 4 i # Cálculo de las velocidades medias. for j in 7:-1:5 println("Velocidad media desde el instante $(t[i]) al instante $(t[j]): $(tvm(i, j)) cm/s") end # Dibujo de las rectas secantes. for j in 7:-1:5 = Plots.plot!(x -> secante(x,i,j)) plt end plt
Velocidad media desde el instante 3 al instante 6: 9.0 cm/s Velocidad media desde el instante 3 al instante 5: 8.0 cm/s Velocidad media desde el instante 3 al instante 4: 7.0 cm/s
Las velocidades medias decrecen a medida que el tiempo decrece.
Se puede deducir que las velocidades medias tienden a \(6\) cm/s cuando los instantes se aproximan a \(3\) s.
Calcular la variación en la distancia recorrida cada segundo que pasa. ¿Cómo evoluciona la velocidad de la bola?
Solución= [] v for i in 2:length(d) push!(v, d[i]-d[i-1]) println("Velocidad media desde el instante $(t[i-1]) al instante $(t[i]): $(v[i-1]) cm/s") end
Velocidad media desde el instante 0 al instante 1: 1 cm/s Velocidad media desde el instante 1 al instante 2: 3 cm/s Velocidad media desde el instante 2 al instante 3: 5 cm/s Velocidad media desde el instante 3 al instante 4: 7 cm/s Velocidad media desde el instante 4 al instante 5: 9 cm/s Velocidad media desde el instante 5 al instante 6: 11 cm/s
Calcular la variación en la velocidad cada segundo que pasa. ¿Cómo evoluciona la aceleración de la bola? ¿Qué conclusiones sacó Galileo sobre la aceleración de la bola?
Soluciónfor i in 2:length(v) println("Aceleración media desde el instante $(t[i-1]) al instante $(t[i]): $(v[i]-v[i-1]) cm/s") end
Aceleración media desde el instante 0 al instante 1: 2 cm/s Aceleración media desde el instante 1 al instante 2: 2 cm/s Aceleración media desde el instante 2 al instante 3: 2 cm/s Aceleración media desde el instante 3 al instante 4: 2 cm/s Aceleración media desde el instante 4 al instante 5: 2 cm/s
Se observa que la aceleración es la misma. Galileo concluyó que la aceleración de un cuerpo en caída libre era uniforme.
Ejercicio 5.2 Representar gráficamente la función \(f(x)=|x-1|\) y estudiar su derivabilidad en el punto \(x=1\) haciendo uso de la definición de derivada.
using Plots, SymPy, LaTeXStrings
@syms x::real
f(x) = abs(x-1)
display(Plots.plot(f(x), label=L"f(x)=|x-1|"))
println("Derivada por la izquierda: ", limit((f(x)-f(1))/(x-1), x=>1, dir="-"))
println("Derivada por la derecha: ", limit((f(x)-f(1))/(x-1), x=>1, dir="+"))
Derivada por la izquierda: -1
Derivada por la derecha: 1
Como la derivada por la izquierda y por la derecha no son iguales, la función no es derivable en \(x=1\).
Ejercicio 5.3 Calcular las derivadas de las siguientes funciones hasta el orden 4 y deducir la expresión de la derivada de orden \(n\).
\(f(x)=\ln(x+1)\)
AyudaUsar la función
diff(f,n)
del paqueteSymPy
para calcular simbólicamente la derivada de gradon
de la funciónf
.Soluciónusing SymPy @syms x::real f(x) = log(x+1) println("Primera derivada: ", diff(f(x))) println("Segunda derivada: ", diff(f(x), x, 2)) println("Tercera derivada: ", diff(f(x), x, 3)) println("Cuarta derivada: ", diff(f(x), x, 4))
Primera derivada: 1/(x + 1) Segunda derivada: -1/(x + 1)^2 Tercera derivada: 2/(x + 1)^3 Cuarta derivada: -6/(x + 1)^4
La derivada de orden \(n\) es \(f^{(n}=\frac{(-1)^{n-1}(n-1)!}{(x+1)^n}\).
\(f(x)=a^x\)
Soluciónusing SymPy @syms x::real a::real g(x) = a^x println("Primera derivada: ", diff(g(x), x)) println("Segunda derivada: ", diff(g(x), x, 2)) println("Tercera derivada: ", diff(g(x), x, 3)) println("Cuarta derivada: ", diff(g(x), x, 4))
Primera derivada: a^x*log(a) Segunda derivada: a^x*log(a)^2 Tercera derivada: a^x*log(a)^3 Cuarta derivada: a^x*log(a)^4
La derivada de orden \(n\) es \(g^{(n}=a^x\ln(a)^n\).
\(h(x)=\operatorname{sen}(x)+\cos(x)\)
Soluciónusing SymPy @syms x::real h(x) = sin(x)+cos(x) println("Primera derivada: ", diff(h(x))) println("Segunda derivada: ", diff(h(x), x, 2)) println("Tercera derivada: ", diff(h(x), x, 3)) println("Cuarta derivada: ", diff(h(x), x, 4))
Primera derivada: -sin(x) + cos(x) Segunda derivada: -(sin(x) + cos(x)) Tercera derivada: sin(x) - cos(x) Cuarta derivada: sin(x) + cos(x)
La derivada de orden \(n\) es
\[ h^{(n}= \begin{cases} \operatorname{sen}(x)+\cos(x) & \mbox{si } n=4k\\ \cos(x)-\operatorname{sen}(x) & \mbox{si } n=4k+1\\ -\operatorname{sen}(x)-\cos(x) & \mbox{si } n=4k+2\\ -\cos(x)+\operatorname{sen}(x) & \mbox{si } n=4k+3\\ \end{cases} \quad k\in\mathbb{N} \]
Ejercicio 5.4 Sea \(f(x)=\sqrt{x}\).
Dibujar la gráfica de \(f\) y dibujar las rectas secantes a \(f\) en los intervalos \([\frac{i}{10}, 1]\) para \(i=0,\ldots, 9\). ¿Hacia dónde tienden las pendientes de las rectas secantes?
Soluciónusing Plots, SymPy, LaTeXStrings, Latexify @syms x::real f(x) = sqrt(x) = Plots.plot(f, 0, 2, ylims=(0,2.5), linewidth = 3, label=L"f(x)=\sqrt{x}", legend=:topleft) plt secante(x, i, j) = f(i) + (f(j)-f(i))/(j-i) * (x - i) for i in 0:9 = secante(x, i/10, 1) sec = Plots.plot!(sec, label =L"y=" * latexify(sec)) plt end plt
Se deduce que las pendientes de las rectas secantes tienen a \(0.5\).
Dibujar la recta tangente a la gráfica de \(f\) en \(x=1\).
AyudaLa ecuación de la recta tangente a la función \(f(x)\) en el punto \(a\) es \(y=f(a)+f'(a)(x-a)\).
Usar la función
diff(f)
del paqueteSymPy
para calcular simbólicamente la derivada de la funciónf
.Solución= f(1) + diff(f(x))(1) * (x-1) tg plot!(tg, linewidth = 2, color = "red", label="Tangente " * L"y=" * latexify(tg)) Plots.
Ejercicio 5.5 Calcular y dibujar las rectas tangente y normal a la gráfica de la función \(f(x)=\ln(\sqrt{x+1})\) en \(x=1\).
La ecuación de la recta tangente a una función \(f\) en el punto \(a\) es
\[ y = f(a) + f'(a)(x-a), \]
y la de la recta normal
\[ y = f(a)-\frac{1}{f'(a)}(x-a). \]
using Plots, SymPy, LaTeXStrings, Latexify
@syms x::real
f(x) = log(sqrt(x+1))
plot(f, -1, 3, xlims=(-1,3), ylims=(-1,2), aspect_ratio=1, label=L"f(x)=\ln(\sqrt{x+1})", legend=:topright)
Plots.= f(1) + diff(f(x))(1) * (x-1)
tg plot!(tg, label="Tangente "*L"y="*latexify(tg))
Plots.= f(1) - 1/diff(f(x))(1) * (x-1)
nm plot!(nm, label="Normal "*L"y="*latexify(nm)) Plots.
Ejercicio 5.6 Sea la función \(g(x)=\dfrac{2x^3-3x}{x^2+1}\).
Dibujar la gráfica de \(g\).
Soluciónusing Plots, SymPy, LaTeXStrings, Latexify @syms x::real g(x) = (2x^3-3x) / (x^2+1) plot(g, -2, 2, label=L"g(x)=\frac{2x^3-3x}{x^2+1}", legend=:topleft) Plots.
Calcular la derivada de \(g\) y dibujar su gráfica en la misma gráfica que la de \(g\).
Soluciónplot!(diff(g(x)), label=L"g'(x)="*latexify(simplify(diff(g(x))))) Plots.
Calcular los puntos críticos de \(g\).
AyudaLos puntos críticos de una función son los puntos donde se anula la derivada.
SoluciónN.(solve(diff(g(x))))
2-element Vector{Float64}: -0.5583347485961263 0.5583347485961263
Existen dos puntos críticos en \(x=-0.55\) y \(x=0.55\) aproximadamente.
A la vista de los puntos críticos y de la gráfica de la función derivada, determinar los intervalos de crecimiento y los extremos relativos de la función.
AyudaUna función \(f\) derivable en el punto \(a\) es creciente si y solo si \(f'(a)>0\) y decrecientes si y solo si \(f'(a)<0\).
SoluciónLa derivada es positiva en los intervalos \((-\infty,-0.55)\) y \((0.55,\infty)\), por lo que la función \(g\) es creciente en estos intervalos, y la derivada es negativa en el intervalo \((-0.55, 0.55)\), por lo que la función \(g\) es decreciente en este intervalo.
En el punto crítico \(x=-0.55\) la derivada es positiva a la izquierda y negativa a la derecha, por lo que, según el criterio de la primera derivada, la función \(g\) tiene un máximo relativo.
En el punto crítico \(x=0.55\) la derivada es negativa a la izquierda y positiva a la derecha, por lo que, según el criterio de la primera derivada, la función \(g\) tiene un mínimo relativo.
Calcular segunda la derivada de \(g\) y dibujar su gráfica en la misma gráfica que la de \(g\).
Soluciónplot!(diff(g(x), x, 2), label=L"g''(x)="*latexify(simplify(diff(g(x), x, 2)))) Plots.
Calcular los puntos que anulan la segunda derivada de \(g\).
SoluciónN.(solve(diff(g(x), x, 2)))
3-element Vector{Real}: 0 -1.7320508075688772 1.7320508075688772
Existen tres puntos donde se anula \(g''(x)\), en \(x=-1.73\), \(x=0\) y \(x=1.73\) aproximadamente.
A la vista de las raíces de la gráfica de la segunda derivada, determinar los intervalos de concavidad y los puntos de inflexión de la función \(g\).
AyudaUna función \(f\) dos veces derivable en el punto \(a\) es cóncava hacia arriba si y solo si \(f''(a)>0\) y cóncava hacia abajo si y solo si \(f''(a)<0\). Los puntos de inflexión de una función son los puntos donde cambia la concavidad.
SoluciónLa segunda derivada es positiva en los intervalos \((-\infty,-1,73)\) y \((0,1.73)\), por lo que la función \(g\) es cóncava hacia arriba en esos intervalos, y la segunda derivada es negativa en los intervalos \((-1.73,0)\) y \((1.73,\infty)\), por lo que la función \(g\) es cóncava hacia abajo en esos intervalos.
\(g\) tiene tres puntos de inflexión en \(x=1.73\), \(x=0\) y \(x=1.73\), donde cambia la concavidad de la función.
Ejercicio 5.7 Considérese la curva con ecuación \(x^4 - 3x^2 + 2y^2=0\).
Dibujar la gráfica de la curva.
AyudaPara dibujar curvas implícitas utilizar la función
implicit_plot
del paqueteImplicitPlots
.Soluciónusing ImplicitPlots, Plots, SymPy, LaTeXStrings, Latexify @syms x::real y::real f(x,y) = x^4 - 3x^2 + 2y^2 implicit_plot(f; xlims=(-3,3), ylims=(-1.5,1.5), label=L"x^4-3x^2+2y^2=0", legend=:topleft) ImplicitPlots.
Calcular la tasa de variación de \(y\) con respecto a \(x\) en el punto \((1,1)\).
AyudaPara realizar derivadas implícitas simbólicamente hay que definir una función simbólica con el comando
@syms u()
del paqueteSymPy
y reemplazary
poru(x)
en la ecuación de la curva implícita.Después hay que hacer la derivada de ambos lados de la ecuación y finalmente hay que resolver la ecuación despejando la derivada de
u(x)
.Solución# Declaramos una función simbólica. @syms u() # Reemplazamos y por una función implícita u(x) y calculamos la derivada implícitamente. = diff(f(x, u(x))) df # Resolvemos la ecuación para la derivada de u(x). = solve(df, diff(u(x)))[1] du # Deshacemos el cambio y = u(x). = du(u(x) => y) dy
\(\frac{x \left(3 - 2 x^{2}\right)}{2 y}\)
Dibujar la recta tangente a la curva anterior en el punto \((1,1)\).
Soluciónusing Latexify # Definimos la función de la recta tangente = 1 + dy(1,1) * (x-1) tg plot!(tg, label="Tangente "*L"y="*latexify(tg)) Plots.# Dibujamos el punto (1,1) scatter!([1],[1], label="") Plots.
Ejercicio 5.8 Crear una función para calcular el polinomio de Taylor de grado \(n\) una función \(f\) en un punto \(a\) y utilizarla para dibujar los polinomios de Taylor de la función \(f(x)=\operatorname{sen}(x)\) en \(a=0\) hasta el grado \(5\). Calcular y dibujar el error cometido al aproximar \(\operatorname{sen}(\pi/6)\) mediante los polinomios de Taylor hasta el grado \(1\) a \(9\).
La fórmula del polinomio de Taylor de grado \(n\) de la función \(f\) en el punto \(a\) es
\[ P^n_{f,a}(x) = f(a)+f'(a)(x-a)+\frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2+ \cdots + \frac{f^{(n}(a)}{n!}(x-a)^n. \]
using Plots, SymPy, LaTeXStrings, Latexify
@syms x::real
function taylor(f, a=0, n=2)
sum(diff(f, x, i)(a) / factorial(i) * (x-a)^i for i=0:n)
end
f(x) = sin(x)
= Plots.plot(f, ylims=(-2,2), linewidth=3, label=L"f(x)=\operatorname{sen}(x)")
plt
for i in 1:5
= taylor(f(x), 0, i)
pol = Plots.plot!(pol, label=latexstring("P^{$(i)}(x)=$(pol)"))
plt end
plt
Calculamos ahora los errores cometidos al aproximar \(\operatorname{sen}(\pi/6)\) mediante los polinomios de Taylor hasta el grado \(1\) a \(9\).
= []
errores for i in 1:9
= taylor(f(x), 0, i)
pol push!(errores, abs(sin(pi/6)-pol(pi/6)))
end
errores
9-element Vector{Any}:
0.0235987755982989
0.0235987755982989
0.000325820605636185
0.000325820605636185
2.13258879250278e-6
2.13258879250278e-6
8.13097672525132e-9
8.13097672525132e-9
2.02799443904667e-11
Finalmente, dibujamos los errores cometidos.
scatter(1:9, errores, xlab="Grado", ylab="Error", legend=false) Plots.
Ejercicio 5.9 Calcular los polinomios de Taylor hasta grado 10 de las siguientes funciones en los puntos indicados.
\(f(x)=\cos(x)\) en \(x=\pi/2\).
AyudaPara calcular polinomios de Taylor utilizar la función
series
del paqueteSymPy
.AdvertenciaLa función
series
da el polinomio de grado \(n-1\) junto con el error de orden \(n\), por lo que si se quiere un polinomio de orden \(n\) hay que llamar a la función con un orden \(n+1\).Soluciónusing SymPy @syms x::real f(x) = cos(x) series(f(x), x, PI/2, 11) SymPy.
\(\frac{\pi}{2} + \frac{\left(x - \frac{\pi}{2}\right)^{3}}{6} - \frac{\left(x - \frac{\pi}{2}\right)^{5}}{120} + \frac{\left(x - \frac{\pi}{2}\right)^{7}}{5040} - \frac{\left(x - \frac{\pi}{2}\right)^{9}}{362880} - x + O\left(\left(x - \frac{\pi}{2}\right)^{11}; x\rightarrow \frac{\pi}{2}\right)\)
\(g(x)=\ln(x)\) en \(x=1\)
Solucióng(x) = log(x) series(g(x), x, 1, 11) SymPy.
\(-1 - \frac{\left(x - 1\right)^{2}}{2} + \frac{\left(x - 1\right)^{3}}{3} - \frac{\left(x - 1\right)^{4}}{4} + \frac{\left(x - 1\right)^{5}}{5} - \frac{\left(x - 1\right)^{6}}{6} + \frac{\left(x - 1\right)^{7}}{7} - \frac{\left(x - 1\right)^{8}}{8} + \frac{\left(x - 1\right)^{9}}{9} - \frac{\left(x - 1\right)^{10}}{10} + x + O\left(\left(x - 1\right)^{11}; x\rightarrow 1\right)\)
- \(h(x)=e^{\operatorname{sen}(x)}\) en \(x=0\)
Soluciónh(x) = exp(sin(x)) series(h(x), x, 0, 11) SymPy.
\(1 + x + \frac{x^{2}}{2} - \frac{x^{4}}{8} - \frac{x^{5}}{15} - \frac{x^{6}}{240} + \frac{x^{7}}{90} + \frac{31 x^{8}}{5760} + \frac{x^{9}}{5670} - \frac{2951 x^{10}}{3628800} + O\left(x^{11}\right)\)
Ejercicio 5.10 Aproximar el número \(\ln(1.2)\) mediante un polinomio de Taylor de grado 8 y dar una cota del error cometido. ¿Hasta qué grado habría que llegar para obtener un error menor de \(10^{-10}\)?
El error en la aproximación de una función \(f(b)\) mediante un polinomio de Taylor de grado \(n\) en el punto \(a\) viene dado por el resto de Taylor, que en la forma de Lagrange es
\[ R^n_{f,a}(x) = \frac{f^{(n+1}(x)}{(n+1)!}(x-a)^{n+1}\mbox{ con } x\in[a,b]. \]
Utilizaremos un polinomio de MacLaurin de grado 5 para la función \(f(x)=\ln(1+x)\).
using SymPy
@syms x::real
f(x) = log(1+x)
= SymPy.series(f(x), x, 0, 6).removeO()
pol println("Aproximación de ln(1.2): ", N(pol(0.2)))
Aproximación de ln(1.2): 0.18233066666666667
Para dar una cota del error cometido calculamos el resto de Taylor en la forma de Lagrange.
= diff(f(x), x, 6) / factorial(6) * 0.2^6
resto println("Resto de Taylor de orden 6: ", resto)
println("Derivada del resto : ", diff(resto))
Resto de Taylor de orden 6: -1.06666666666667e-5/(x + 1)^6
Derivada del resto : 6.4e-5/(x + 1)^7
Como la derivada no se anula en el intervalo \([1,2]\), no hay extremos relativos, y al ser una función continua en un intervalo cerrado, alcanza el máximo y mínimos absolutos en los extremos.
println("Cota del error: " , maximum(N(abs.([resto(0), resto(0.2)]))))
println("Error: ", abs(log(1.2)-pol(0.2)))
Cota del error: 1.06666666666667e-5
Error: 9.10987271207642e-6
Así pues, el error en la aproximación de \(\ln(1.2)\) es menor que \(1.06\cdot 10^{-5}\).
Para ver la fórmula general del resto de Taylor en la forma de Lagrange para un polinomio de Taylor de orden \(n\), calculamos las primeras derivadas sucesivas.
println("Primera derivada: ", diff(f(x)))
println("Segunda derivada: ", diff(f(x), x, 2))
println("Tercera derivada: ", diff(f(x), x, 3))
println("Cuarta derivada: ", diff(f(x), x, 4))
Primera derivada: 1/(x + 1)
Segunda derivada: -1/(x + 1)^2
Tercera derivada: 2/(x + 1)^3
Cuarta derivada: -6/(x + 1)^4
Así pues, se deduce que la derivada de orden \(n\) es \(f^{(n}(x)=(-1)^{n-1}\frac{(n-1)!}{(x+1)^n}\), de manera que el resto de Taylor de orden \(n\) es
\[ |R^n_{f,0}(x)| = \left|(-1)^{n-1}\frac{(n-1)!}{(n+1)!(x+1)^n}0.2^{n+1}\right| = \left|\frac{0.2^{n+1}}{(n+1)n(x+1)^n}\right|\ x\in [0,0.2]. \]
Como se trata de una función positiva y decreciente en el intervalo \([0,0.2]\), alcanza el máximo absoluto en el extremo inferior del intervalo, es decir, en \(x=0\), y por tanto se tiene,
\[ |R^n_{f,1}(x)| \leq \left|\frac{0.2^{n+1}}{(n+1)n}\right|. \]
Finalmente calculamos el primer número natural \(n\) tal que \(|R^n_{f,1}(x)|<10^{-10}\).
=6
nwhile 0.2^(n+1) / (n*(n+1)) > 10^-10
+= 1
n end
print(n)
11
Así pues, habría que llegar al grado 11.
5.2 Ejercicios propuestos
Ejercicio 5.11 Dada la función
\[ f(x)= \begin{cases} \operatorname{sen}(x)^2 & \mbox{si $x\leq 0$}, \\ ax^2+b & \mbox{si $0<x\leq c$}, \\ \ln(x) & \mbox{si $c<x$}, \end{cases} \]
¿Para qué valores de \(a\), \(b\) y \(c\) la función es derivable en todo \(\mathbb{R}\)?
Ejercicio 5.12 ¿Cuál es la derivada de orden \(n\) de la función \(f(x)=\dfrac{1}{\sqrt{x+1}}\)?
Ejercicio 5.13 Dadas las funciones \(f(x)=\ln\left(\sqrt{\dfrac{x^2}{2}}\right)\) y \(g(x)=x^3+1\), ¿en qué puntos la recta normal a \(f\) y la recta tangente a \(g\) con paralelas?
Ejercicio 5.14 Calcular el máximo y el mínimo absoluto de la función \(g(x)=\sqrt{x^4-3x^3+\frac{5}{2}x^2}\) en el intervalo \([-0.5,1.5]\).
Mínimo absoluto
Máximo absoluto
Ejercicio 5.15 ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas sobre la función \(h(x)=\dfrac{x^2+1}{e^x}\)?
Ejercicio 5.16 Una cuerda de longitud \(l\) está sujeta en sus extremos en los puntos \((0,0)\) y \((a,b)\). De la cuerda cuelga un anillo. ¿En qué posición estará el anillo debido a la fuerza de gravedad suponiendo que \(l=10\), \(a=3\) y \(b=2\)?
Puesto que la longitud de la cuerda es fija, del siguiente diagrama se deduce que las las posiciones \((x,y)\) que puede ocupar el anillo vienen dadas por la ecuación
\[ l = \sqrt{x^2 + y^2} + \sqrt{(a-x)^2 + (b-y)^2} \]
Coordenada x
Coordenada y
Ejercicio 5.17 Calcular de manera aproximada el valor de \(\operatorname{sen}(1/2)\) usando los siguientes polinomios de Taylor de la función \(f(x)=\operatorname{sen}(x)\).
Polinomio de Taylor de grado 20 en el punto \(\pi/6\).
Polinomio de MacLaurin de grado 100.
¿Qué polinomio da una mejor aproximación?