tal cual cayó — sin cambiar un número
Cálculo · segunda evaluación
Segunda evaluación · 2016-2017
28 de noviembre de 2016 · 3 ejercicios · 30 puntos
Empieza sin mirar: abre cada ejercicio cuando vayas a por él. Las resoluciones están en la otra pestaña.
Un cociente, real primero e imaginario despuésNúmeros complejos1 + 6 + 3 = 10 pts
Calcular y representar gráficamente el lugar geométrico de los afijos de los números complejos que verifican las siguientes condiciones:
a) es real
b) es imaginario puro
Calcular y representar los dos lugares geométricos.
- COMP 11 punto por reconocer
- COMP 26 puntos por calcular
- COMP 43 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
Dos propiedades encadenadasEstudio local de funciones reales de una variable real2 + 3 + 5 = 10 pts
Demostrar analíticamente las siguientes propiedades:
a) Sea un máximo de en . Si es derivable en entonces .
b) Sea una función dos veces derivable, creciente y cóncava en el intervalo . Entonces es convexa en .
Demostrar las dos propiedades.
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 23 puntos por calcular
- COMP 45 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
Prolongar una parábola y buscarle el punto medioFunciones reales de una variable real2 + 3 + 5 = 10 pts
Sea la función continua definida en el intervalo cuya gráfica se muestra en la figura solamente en el intervalo , donde su expresión analítica es . Supongamos que en el intervalo la velocidad de se mantiene constante e igual al valor de la velocidad en el punto .
Figura redibujada del enunciado original, esquematica: lo que importa son los dos extremos del tramo conocido y su vertice. A la derecha de x igual a tres no hay curva, y eso es lo que hay que construir. a) Estudiar la derivabilidad de en el punto .
b) Calcular la expresión analítica de en el intervalo y representarla gráficamente sobre la figura.
c) Calcular la velocidad media de en .
d) Estudiar la existencia de un punto tal que y hallar dicho punto en el caso de que exista.
Resolver los cuatro apartados.
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 23 puntos por calcular
- COMP 45 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
El examen no publica solución. Todas estas resoluciones son propuesta nuestra y están pendientes de revisión.
Un cociente, real primero e imaginario después
- COMP 11 punto por reconocer
- COMP 26 puntos por calcular
- COMP 43 puntos por justificar
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Calcular y representar gráficamente el lugar geométrico de los afijos de los números complejos que verifican las siguientes condiciones:
a) es real
b) es imaginario puro
Calcular y representar los dos lugares geométricos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Cuál es la vía más corta para atacar los dos apartados a la vez?
No hay ninguna igualdad que elevar: las condiciones son «ser real» y «ser imaginario puro», no una ecuación.
Exacto. Un solo cálculo sirve para los dos apartados, y además deja ver de golpe la estructura: la parte real resulta ser y la imaginaria . Una circunferencia y una recta, cada una para su apartado.
Funciona para cocientes de complejos fijos, pero aquí aparece arriba y abajo: los dos argumentos dependen de la incógnita y restarlos no simplifica nada.
Se puede, pero es hacer dos veces el mismo trabajo. La racionalización ya produce las dos partes.
- 02
La parte imaginaria del cociente
COMP2Tras racionalizar, la parte imaginaria del numerador es . ¿Cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Falta el signo. Los dos términos cruzados son y , y su suma es .
saldría de quedarse con un solo término cruzado. Hay dos, y se refuerzan.
Si fuera 0 la condición (a) se cumpliría siempre, y el lugar geométrico sería todo el plano. No lo es.
Multiplica por y agrupa lo imaginario.
Desarrollo
Con :
Multiplicando arriba y abajo por el conjugado del denominador:
El numerador:
Y el corchete se simplifica:
Luego la parte imaginaria es , y .
Que los términos en se cancelen y quede solo es lo que hace que el apartado (a) dé una recta tan simple.
- 03
El radio de la circunferencia
COMP2El lugar del apartado (b) es una circunferencia centrada en el origen. ¿Cuál es su radio?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…2 saldría de . La condición es , es decir radio 1.
Con radio 0 el lugar sería solo el origen, y ahí el cociente vale : real, no imaginario puro.
saldría de . El término independiente es .
Imaginario puro significa parte real nula.
Desarrollo
«Imaginario puro» significa que la parte real se anula:
Es la circunferencia unidad: centro en el origen y radio 1.
Hay que excluir dos puntos:
- , donde el denominador se anula;
- , donde el numerador se anula y el cociente vale 0, que no es imaginario puro.
Los dos puntos excluidos son precisamente los que aparecen en el enunciado, , y los dos están sobre la circunferencia. No es casualidad: son los que hacen degenerar el cociente.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Es positivo salvo en un punto: se anula cuando e , es decir en . Y ese punto está justo sobre los dos lugares geométricos, así que hay que quitarlo expresamente. Los denominadores hay que mirarlos siempre, y más cuando el resultado pasa por donde se anulan.
El razonamiento, en orden
Racionalizar una vez. Con , el cociente vale .
(a) Real ⟺ parte imaginaria nula ⟺ ⟺ : el eje imaginario.
(b) Imaginario puro ⟺ parte real nula ⟺ : la circunferencia unidad.
Excluir los puntos degenerados. En el denominador se anula, así que ese punto sale de los dos lugares. Y en el cociente vale 0, que no es imaginario puro: sale de (b).
El dibujo: una recta vertical y una circunferencia, que se cortan justo en los dos puntos excluidos.
La recta y la circunferencia se cortan exactamente en y , los dos puntos excluidos. El dibujo lo explica solo.
Resolución completa
Datos. El cociente , real en (a) e imaginario puro en (b).
1 · Un solo cálculo para los dos apartados
La condición de «ser real» y la de «ser imaginario puro» son complementarias: una anula la parte imaginaria y la otra la real. Así que basta racionalizar una vez y quedarse con las dos componentes.
Con :
Desarrollando el numerador:
—el último término cambia de signo porque —:
El denominador es real y positivo, así que no afecta a los signos: todo se decide en el numerador.
2 · Apartado (a): real
Un complejo es real cuando su parte imaginaria se anula:
Y el resultado tiene sentido: si está sobre el eje imaginario, y también lo están, y el cociente de dos imaginarios puros es real.
3 · Apartado (b): imaginario puro
Ahora se anula la parte real:
4 · Los puntos que hay que excluir
| punto | por qué |
|---|---|
| anula el denominador: el cociente no existe | |
| anula el numerador: el cociente vale 0, que no es imaginario puro |
Los dos están sobre la circunferencia, y además sobre el eje imaginario. Es lo que hace que los dos lugares se corten exactamente en los puntos prohibidos.
Cuánto se excluye el 0 depende del convenio —hay textos que lo consideran imaginario puro—, pero conviene mencionarlo: es un punto de COMP4.
5 · El dibujo
- (a) una recta vertical, el eje , con un agujero en ;
- (b) una circunferencia de centro el origen y radio 1, con agujeros en y .
La recta pasa por el centro de la circunferencia y la corta justo en los dos puntos excluidos.
6 · Comprobación
Del apartado (a), con :
Real ✔
Del apartado (b), con —que está en la circunferencia—:
Imaginario puro ✔
Con otro punto de la circunferencia, :
De que la recta y la circunferencia se cortan donde se dice. El eje imaginario corta en , es decir en y ✔
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Dos propiedades encadenadas
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 23 puntos por calcular
- COMP 45 puntos por justificar
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Demostrar analíticamente las siguientes propiedades:
a) Sea un máximo de en . Si es derivable en entonces .
b) Sea una función dos veces derivable, creciente y cóncava en el intervalo . Entonces es convexa en .
Demostrar las dos propiedades.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué hace falta para que el apartado (b) tenga sentido siquiera?
Exacto, y es lo primero que hay que decir. Una función solo tiene inversa si es inyectiva, y una función estrictamente creciente lo es. Sin ese paso el enunciado habla de algo que podría no existir.
La concavidad se usa después, para el signo. Para que la inversa exista basta con que sea inyectiva.
Eso hace falta para hablar de la convexidad de la inversa, pero no para que la inversa exista.
El signo de no interviene. Lo que hace falta es que sea inyectiva.
- 02
El signo del denominador
COMP2En —con todo evaluado en —, ¿qué signo tiene el denominador? Responde 1 si positivo, si negativo.
1 o -1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…es creciente, luego ; y el cubo de un número positivo es positivo. Si fuera decreciente el cubo sería negativo y la conclusión se invertiría.
No puede ser cero: si se anulara, la fórmula de la derivada de la inversa no valdría. Que sea estrictamente creciente lo impide.
es creciente, así que . ¿Y el cubo de un positivo?
Desarrollo
Como es creciente en :
El cubo conserva el signo —a diferencia del cuadrado, que lo borra—, y por eso aquí importa que sea impar.
Y como es cóncava:
Así que numerador y denominador son los dos positivos y
es decir, es convexa.
Si fuera decreciente en vez de creciente, el cubo cambiaría de signo y la inversa saldría cóncava. El exponente impar es lo que hace que la orientación importe.
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena el apartado (b). Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El cubo es impar y conserva el signo: solo es positivo porque . Si fuera decreciente, sería negativo y la inversa saldría cóncava, no convexa. Confundirlo con un cuadrado —que sí borra el signo— hace que la hipótesis de crecimiento parezca innecesaria, y es justo la que decide.
El razonamiento, en orden
La inversa existe. es estrictamente creciente, luego inyectiva, luego tiene inversa en su imagen.
La derivada de la inversa. De , derivando: , que exige .
La segunda derivada, derivando otra vez y aplicando la cadena dos veces: .
Los signos. creciente da , luego ; e cóncava da , luego .
Numerador y denominador positivos, así que : la inversa es convexa.
Las dos hipótesis de (b) trabajan en sitios distintos: el crecimiento en el denominador y la concavidad en el numerador. Quitar cualquiera de las dos rompe la conclusión.
Resolución completa
Enunciados. (a) el teorema de Fermat; (b) que la inversa de una función creciente y cóncava es convexa.
El apartado (a) volvió a caer, palabra por palabra, en la segunda evaluación de 2019-2020, esa vez como ejercicio entero de 10 puntos y con COMP2 = 0.
1 · Apartado (a): teorema de Fermat
Hipótesis. Hay un máximo en —luego existe con para — y es derivable ahí. Se sobreentiende que es interior, sin lo cual no hay dos lados.
El numerador tiene signo fijo. Para todo con :
Por la derecha (), el denominador es positivo:
Por la izquierda (), el denominador es negativo y el cociente cambia de signo:
La derivabilidad garantiza que los dos límites son el mismo número, y ese número cumple y a la vez:
2 · Apartado (b): lo primero, que la inversa exista
es creciente en , luego inyectiva, luego admite inversa en su imagen. Decirlo es el primer punto: sin esto, el enunciado habla de una función que podría no existir.
3 · Las dos derivadas de la inversa
Partiendo de la definición y derivando:
lo que exige — garantizado porque es estrictamente creciente.
Derivando otra vez, con la cadena aplicada dos veces:
4 · El signo
| pieza | de dónde sale | signo |
|---|---|---|
| es creciente | — | |
| el cubo es impar y conserva el signo | ||
| es cóncava | — | |
| por el menos de la fórmula |
5 · Por qué el cubo importa
Es la parte fina del ejercicio. El denominador está elevado al cubo, y el cubo es una potencia impar: conserva el signo.
Si fuera decreciente en vez de creciente:
y la inversa saldría cóncava, no convexa. La hipótesis de crecimiento no es decorativa.
Con un cuadrado en el denominador el signo se borraría y la orientación daría igual — y por eso confundir el exponente es el error caro.
6 · Comprobación
Con un ejemplo. en :
Su inversa es , cuya segunda derivada es : convexa ✔
Con otro. : creciente y cóncava. Su inversa es , convexa ✔
Geométricamente. La gráfica de es la de reflejada en la bisectriz . Esa reflexión intercambia los ejes, y con ellos el sentido de la curvatura: lo que se doblaba hacia abajo pasa a doblarse hacia arriba. Es la misma conclusión sin una sola cuenta — pero un dibujo no es una demostración, y el enunciado pide «demostrar analíticamente».
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Prolongar una parábola y buscarle el punto medio
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 23 puntos por calcular
- COMP 45 puntos por justificar
1.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Sea la función continua definida en el intervalo cuya gráfica se muestra en la figura solamente en el intervalo , donde su expresión analítica es . Supongamos que en el intervalo la velocidad de se mantiene constante e igual al valor de la velocidad en el punto .
a) Estudiar la derivabilidad de en el punto .
b) Calcular la expresión analítica de en el intervalo y representarla gráficamente sobre la figura.
c) Calcular la velocidad media de en .
d) Estudiar la existencia de un punto tal que y hallar dicho punto en el caso de que exista.
Resolver los cuatro apartados.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El enunciado dice que en «la velocidad se mantiene constante». ¿Qué función es esa velocidad?
Eso sería si se mantuviera constante la altura. La velocidad es la derivada.
Exacto. Velocidad de respecto a es , y una función con derivada constante es una recta de esa pendiente. El enunciado está describiendo una prolongación lineal.
es la aceleración. Mantener constante la aceleración daría una parábola, no una recta.
La velocidad media es un promedio sobre un intervalo; aquí se habla de la velocidad en el punto .
- 02
La pendiente heredada
COMP2¿Cuánto vale ? En forma exacta, o con cuatro decimales.
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…1 es , el valor de la función. La derivada es .
es : te has dejado el que aporta el término lineal de la parábola.
es , la pendiente en el origen.
.
Desarrollo
Y el valor de la función ahí:
Como la prolongación hereda exactamente esa pendiente, la función es derivable en : no hay pico. Ese es el apartado (a).
- 03
La velocidad media
COMP2¿Cuánto vale la velocidad media en ? En forma exacta, o con cuatro decimales.
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…es la velocidad instantánea en y en todo el tramo recto. La media es bastante menor, porque en la primera parte la función baja.
sale de dividir entre 6 en vez de entre 12. La longitud del intervalo es .
5 es la diferencia . Falta dividir entre la longitud del intervalo.
, y sale del tramo recto.
Desarrollo
En el extremo izquierdo, con la parábola:
En el derecho, con la recta :
La media, , es mucho menor que la velocidad del tramo recto, : en la primera mitad la parábola baja, y eso tira la media hacia abajo.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el apartado (d). Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Lagrange garantiza al menos uno, nunca la unicidad. Aquí el punto resulta ser único, pero eso hay que comprobarlo viendo que en el tramo recto la derivada vale y nunca . En otro problema podría haber varios.
El razonamiento, en orden
Comprobar las hipótesis de Lagrange. es continua en —lo dice el enunciado— y derivable en , porque en las dos pendientes coinciden, según el apartado (a).
Luego el teorema garantiza que existe con . No hay que discutir si existe: existe.
Buscarlo en el tramo recto, donde constante: , así que ahí no está.
Buscarlo en la parábola, donde : da , es decir .
Y , así que es válido. Es el único, porque en el tramo recto la derivada es constante y distinta.
El apartado (d) tiene dos mitades: que existe —lo da Lagrange— y dónde está —hay que buscarlo tramo a tramo—. Las dos puntúan.
Resolución completa
Datos. en , y en la velocidad se mantiene constante e igual a la de .
1 · Lo que se sabe del tramo conocido
La parábola tiene su vértice donde , es decir en , con .
2 · Apartado (a): derivabilidad en
«La velocidad se mantiene constante e igual a la del punto » significa
y en particular .
Por la izquierda, también.
No hay pico. La prolongación empalma con la parábola de forma suave, y eso es exactamente lo que va a permitir aplicar Lagrange en el apartado (d).
3 · Apartado (b): la expresión en
Una función con derivada constante es una recta de esa pendiente. Y pasa por :
Gráficamente, la recta tangente a la parábola en , prolongada hasta el final.
4 · Apartado (c): la velocidad media
Nótese lo pequeña que es comparada con la del tramo recto, : en la primera parte la función baja hasta el vértice, y eso rebaja la media.
5 · Apartado (d): el punto de Lagrange
Que existe. es continua en —dato del enunciado— y derivable en —lo acaba de establecer el apartado (a)—. El teorema de Lagrange garantiza que existe con .
Dónde está. Hay que buscarlo tramo a tramo:
| tramo | ¿vale ? | |
|---|---|---|
| constante | no | |
| hay que resolver |
Y ✔
Que es único. En el tramo recto la derivada es constante y distinta de , y en la parábola la derivada es estrictamente creciente, así que toma cada valor una sola vez. Lagrange garantizaba al menos uno; aquí resulta haber exactamente uno, y eso hay que comprobarlo.
6 · Comprobación
Del punto:
De la velocidad media, por otra vía. La media de una derivada sobre un intervalo es su valor medio integral:
que es la misma cuenta ✔ El teorema fundamental garantiza que las dos lecturas coinciden.
De la continuidad y la derivabilidad en el empalme:
De coherencia. El valor está a la derecha del vértice , donde la parábola ya sube. Tiene sentido: la pendiente media es positiva, así que el punto donde se alcanza tiene que estar en la zona creciente ✔
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.