tal cual cayó — sin cambiar un número
Cálculo · segunda evaluación
Segunda evaluación · 2017-2018
4 de diciembre de 2017 · 3 ejercicios · 40 puntos
Empieza sin mirar: abre cada ejercicio cuando vayas a por él. Las resoluciones están en la otra pestaña.
Dos complejos con tres condicionesNúmeros complejos2 + 6 + 2 = 10 pts
Hallar los números complejos y tales que , es real y .
Hallar y .
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 26 puntos por calcular
- COMP 42 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
La trayectoria de un dron, de principio a finEstudio local de funciones reales de una variable real6 + 4 + 10 = 20 pts
La función , cuya gráfica se muestra en la figura adjunta, representa la trayectoria que sigue un dron desde su despegue y hasta alcanzar una altura de 0.2 km durante 4 km de recorrido horizontal. Se pide:
Figura redibujada del enunciado original. En morado, el punto de inflexion donde la pendiente es maxima; en verde y a trazos, la prolongacion que pide el apartado (e), que no viene en el enunciado. a) Calcular y representar gráficamente sobre la misma figura las funciones y .
b) Estudiar los intervalos de crecimiento/decrecimiento, concavidad/convexidad, extremos y puntos de inflexión de , interpretando el significado de todo ello y relacionándolo con las gráficas de y .
c) Determinar el punto en el que la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal es máxima. Interpretar el significado y relacionarlo con las gráficas de y .
d) Supongamos que en el anterior punto, , la velocidad horizontal del dron es de 75 km/h. Calcular en ese instante cuál es la velocidad de la altura respecto al tiempo.
e) Supongamos que a partir del km 4 el dron mantiene constante la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal. Trazar en la figura la gráfica de su trayectoria a partir del km 4.
Resolver los cinco apartados.
- COMP 16 puntos por reconocer
- COMP 24 puntos por calcular
- COMP 410 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
El cable más corto entre dos postesEstudio local de funciones reales de una variable real2 + 5 + 3 = 10 pts
Dos postes, de 2 y 3 metros de altura, distan 5 metros. Hay que conectar sus extremos superiores mediante un cable sujeto en algún punto del suelo, entre ellos. Se trata de encontrar ese punto, de modo que empleemos la menor cantidad posible de cable.
Figura nuestra: el enunciado no trae dibujo. En verde el cable, con el punto de sujecion a distancia x del poste corto. Encontrar el punto de sujeción.
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 25 puntos por calcular
- COMP 43 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.
Dos complejos con tres condiciones
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 26 puntos por calcular
- COMP 42 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
Hallar los números complejos y tales que , es real y .
Hallar y .
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué significa geométricamente que sea real?
Eso haría que el cociente tuviera módulo 1, no que fuera real.
No hace falta: y dan cociente , real, y ninguno de los dos lo es.
Exacto, y esa es la lectura que convierte el ejercicio en un sistema lineal. Un cociente real significa que los argumentos difieren en un múltiplo de , es decir que los dos afijos y el origen están sobre la misma recta. Algebraicamente: con real.
Si , el cociente tiene módulo 1 pero argumento : real solo en casos particulares.
- 02
La constante de proporcionalidad
COMP2Escribiendo con real, ¿cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Falta el signo. La parte real de es , y para que hace falta .
es cambiado de signo: sería , no .
es la parte real de , no la constante. La constante sale de comparar las partes reales: .
De la suma, . Y también en las partes reales.
Desarrollo
De y :
La condición de cociente real dice que con . Comparando las partes reales, que ya se conocen las dos:
Que salga negativo dice que los dos afijos están en lados opuestos del origen. Y en efecto el cociente resultará , real negativo.
- 03
La parte imaginaria de z1
COMP2¿Cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…2 es la parte imaginaria de la suma , no de sola.
es la parte imaginaria de . Las dos suman 2, y ✔
1 saldría de repartir la parte imaginaria a partes iguales. La condición de alineación no permite eso.
Llamando , la de es , y .
Desarrollo
Con , la suma obliga a
Y de , comparando las partes imaginarias:
Los dos afijos están alineados con el origen —— y en semirrectas opuestas. Se puede comprobar en un dibujo: y están sobre la recta .
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La condición sí se puede escribir así —es equivalente— pero no produce una cuadrática con dos soluciones: al desarrollar con y sale — una ecuación lineal en , con solución única. El sistema está determinado, y suponer dos soluciones lleva a buscar una que no existe.
El razonamiento, en orden
Contar. Dos complejos son cuatro incógnitas reales; el enunciado da la suma —dos ecuaciones—, la parte real de —una— y el cociente real —una—. Cuatro y cuatro.
Traducir la condición del cociente: real equivale a con real, es decir a que los dos afijos estén alineados con el origen.
Las partes reales. De la suma, ; y de la proporcionalidad, , luego .
Las partes imaginarias. Con y , la proporcionalidad da , de donde .
y , y en efecto , real.
Contar incógnitas y ecuaciones antes de empezar dice que la solución debe ser única. Si al final salen dos, hay un error en algún paso.
Resolución completa
Datos. , real y .
1 · Contar antes de calcular
Dos números complejos son cuatro incógnitas reales. El enunciado da:
| condición | ecuaciones |
|---|---|
| 2 (real e imaginaria) | |
| 1 | |
| real | 1 |
Cuatro ecuaciones, cuatro incógnitas: cabe esperar solución única.
2 · Traducir la condición del cociente
Es la única que no es inmediata. Un cociente de complejos es real cuando sus argumentos difieren en un múltiplo de , es decir cuando los dos afijos y el origen están alineados.
Algebraicamente:
Y esa forma es la cómoda: convierte la condición en dos ecuaciones lineales, una por cada componente.
3 · Las partes reales
De la suma:
De la proporcionalidad, comparando partes reales:
4 · Las partes imaginarias
Llamando , la suma da , y la proporcionalidad:
5 · Comprobación
La suma:
La parte real: ✔
El cociente, racionalizando:
Real ✔ y además coincide con el hallado, como tenía que ser.
Geométricamente. Los afijos son y , y los dos están sobre la recta , que pasa por el origen ✔ En lados opuestos, que es lo que dice el signo negativo de .
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La trayectoria de un dron, de principio a fin
- COMP 16 puntos por reconocer
- COMP 24 puntos por calcular
- COMP 410 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
La función , cuya gráfica se muestra en la figura adjunta, representa la trayectoria que sigue un dron desde su despegue y hasta alcanzar una altura de 0.2 km durante 4 km de recorrido horizontal. Se pide:
a) Calcular y representar gráficamente sobre la misma figura las funciones y .
b) Estudiar los intervalos de crecimiento/decrecimiento, concavidad/convexidad, extremos y puntos de inflexión de , interpretando el significado de todo ello y relacionándolo con las gráficas de y .
c) Determinar el punto en el que la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal es máxima. Interpretar el significado y relacionarlo con las gráficas de y .
d) Supongamos que en el anterior punto, , la velocidad horizontal del dron es de 75 km/h. Calcular en ese instante cuál es la velocidad de la altura respecto al tiempo.
e) Supongamos que a partir del km 4 el dron mantiene constante la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal. Trazar en la figura la gráfica de su trayectoria a partir del km 4.
Resolver los cinco apartados.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El apartado (c) pide dónde es máxima «la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal». ¿Qué hay que maximizar?
Eso daría dónde es máxima la altura, no la velocidad de subida. Son cosas distintas: la altura es máxima al final, la pendiente en medio.
es la aceleración de la subida, no su velocidad. Y es constante: no se anula nunca.
El apartado (c) es respecto a , no a . El (d) introduce el tiempo después, y por eso son dos apartados distintos.
Exacto. «Velocidad de respecto a » es , o sea . Y para maximizar hay que anular su derivada, que es . El máximo de la pendiente está en el punto de inflexión de la trayectoria.
- 02
El punto de pendiente máxima
COMP2¿En qué kilómetro es máxima la pendiente?
un número en km — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…4 es donde la trayectoria acaba de subir: ahí la pendiente es cero, la mínima del recorrido. La máxima está antes.
En el despegue la pendiente también es cero: . El dron arranca horizontal.
saldría de resolver mal . La ecuación es , que da .
. Iguálala a cero.
Desarrollo
Y es máximo porque pasa de positiva a negativa ahí: crece antes de 2 y decrece después.
La pendiente en ese punto:
es decir 75 metros de subida por kilómetro recorrido.
El punto de pendiente máxima es el punto de inflexión de la trayectoria: donde la curva deja de curvarse hacia arriba y empieza a curvarse hacia abajo.
- 03
El apartado (d)
COMP2Con velocidad horizontal 75 km/h en , ¿a qué velocidad gana altura el dron? En forma exacta, o con cuatro decimales.
un número en km/h — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…75 km/h es la velocidad horizontal, el dato. La vertical es mucho menor: el dron avanza mucho más de lo que sube.
es la pendiente, en km de altura por km horizontal. Falta multiplicarla por la velocidad horizontal.
1000 sale de dividir 75 entre 0,075. La regla de la cadena multiplica.
.
Desarrollo
La altura depende de , y del tiempo, así que la regla de la cadena da
En , con y km/h:
Unos 94 metros por minuto de ascenso.
La velocidad vertical es el 7,5 % de la horizontal, que es exactamente la pendiente. Una comprobación instantánea.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el apartado (e). Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La pendiente máxima se alcanzó en el km 2, no en el 4. Al llegar al km 4 la trayectoria ya se ha aplanado: . Mantener «la velocidad constante» a partir de ahí significa mantener cero, es decir volar horizontal. Confundir el valor en el punto final con el valor máximo es el error del apartado.
El razonamiento, en orden
Qué se mantiene constante: «la velocidad de la altura respecto al desplazamiento horizontal», es decir — no la velocidad respecto al tiempo.
Cuánto vale al llegar al km 4: .
Luego a partir de ahí constante.
Una función con derivada nula es constante, así que la altura se queda en su valor de ese momento: km.
La gráfica es una recta horizontal a 0,2 km desde el km 4 en adelante: el dron pasa a vuelo de crucero.
El apartado (e) parece de dibujo y es de lectura: todo depende de notar que , cosa que la propia gráfica ya sugiere al aplanarse.
Resolución completa
Datos. en , con y en kilómetros.
Este ejercicio vale 20 de los 40 puntos del examen: la mitad. Y su reparto es COMP1 3, COMP2 2, COMP4 5 — casi todo interpretación. El enunciado subraya dos veces «interpretando el significado», y ahí está la nota.
1 · Apartado (a): las dos derivadas
Conviene factorizarla, porque así se leen los ceros de un vistazo:
| forma | ceros | tipo | |
|---|---|---|---|
| cúbica | y | curva en S | |
| parábola invertida | y | máximo en | |
| recta decreciente | corta en |
2 · Apartado (b): el estudio, con su significado
Crecimiento. en todo , porque los dos factores lo son.
Significado: el dron sube durante todo el recorrido. No baja en ningún momento.
Extremos. se anula en y , los dos extremos del intervalo. Dentro no hay ninguno.
Significado: arranca horizontal —despegue suave— y llega horizontal —nivelación—. En medio no hay ni cumbres ni valles.
Concavidad. :
| tramo | qué hace el dron | ||
|---|---|---|---|
| convexa | acelera su ascenso | ||
| cóncava | frena su ascenso |
Punto de inflexión en , con km.
Significado: el dron cambia de régimen en el km 2. Antes gana pendiente; después la va perdiendo hasta nivelarse.
Relación con las gráficas. es una parábola invertida con máximo en ; es una recta que cruza el eje en ese mismo punto. Los tres hechos son el mismo visto desde tres alturas: la trayectoria tiene su inflexión donde la pendiente es máxima y donde la curvatura cambia de signo.
3 · Apartado (c): dónde sube más deprisa
«La velocidad de respecto al desplazamiento horizontal» es . Maximizarla exige anular su derivada:
Y es máximo porque pasa de a .
Significado: en el km 2 el dron sube 75 metros por cada kilómetro recorrido, la mayor tasa de todo el vuelo. En las gráficas, es la cima de y el corte de con el eje.
4 · Apartado (d): ahora con el tiempo
Los apartados anteriores hablan de ; este introduce . La regla de la cadena los conecta:
Unos 94 m/min de ascenso, con el dron avanzando a 75 km/h.
5 · Apartado (e): el vuelo de crucero
Lo que se mantiene constante es , no la velocidad respecto al tiempo. Y al llegar al km 4:
Mantener eso constante significa mantener pendiente cero. Una función con derivada nula es constante, así que la altura se queda donde estaba:
En la figura, la línea de trazos verde.
El error del apartado es suponer que se mantiene la pendiente máxima, la del km 2. No: se mantiene la que trae al llegar, que es cero.
6 · Comprobación
Que la altura final es la del enunciado. El enunciado dice «hasta alcanzar una altura de 0.2 km durante 4 km», y en efecto ✔ Dos datos independientes que cuadran.
Que la trayectoria empalma suavemente. En la curva llega con y la prolongación tiene : la unión es derivable, sin pico ✔ Es lo que se ve en la figura.
Del punto de inflexión. km, exactamente la mitad de la altura final, en la mitad del recorrido ✔ La curva en S es simétrica respecto de ese punto, como toda cúbica respecto de su inflexión.
De la velocidad vertical. es el de 75, y es la pendiente en tanto por ciento ✔
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El cable más corto entre dos postes
- COMP 12 puntos por reconocer
- COMP 25 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
Dos postes, de 2 y 3 metros de altura, distan 5 metros. Hay que conectar sus extremos superiores mediante un cable sujeto en algún punto del suelo, entre ellos. Se trata de encontrar ese punto, de modo que empleemos la menor cantidad posible de cable.
Encontrar el punto de sujeción.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué función hay que minimizar?
El área no interviene: lo que se minimiza es longitud.
Esa sería la longitud si el cable fuera directo de punta a punta, pero el enunciado exige que toque el suelo en un punto.
Eso es constante: no depende de dónde se clave el cable. El cable no va por el suelo, sube a los dos extremos.
Exacto. Cada tramo de cable es la hipotenusa de un triángulo rectángulo: catetos y 2 el primero, y 3 el segundo. La suma de las dos es la longitud total.
- 02
El punto óptimo
COMP2¿A qué distancia del poste de 2 m hay que clavar el cable?
un número en metros — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…es el punto medio. No es el óptimo: el poste más alto «tira» del punto hacia sí, pero menos de lo que parece — el reparto sale y , proporcional a las alturas.
3 es la distancia al poste alto, es decir . La pregunta es por la distancia al de 2 m.
saldría de un reparto en proporción mal aplicado. El reparto correcto es sobre 5, que da exactamente 2 y 3.
Refleja el poste alto bajo el suelo y une los dos extremos en línea recta.
Desarrollo
Por derivación. Con :
En :
Por reflexión, que es mucho más corto. Reflejando el poste alto bajo el suelo, su extremo pasa de a . El camino más corto de a es la recta, que tiene pendiente y ecuación .
Corta al suelo en , es decir en .
El truco de la reflexión resuelve el problema sin derivar, y además explica por qué: el cable óptimo cumple que el ángulo de «llegada» es igual al de «salida», como un rayo de luz.
- 03
La longitud mínima
COMP2¿Cuánto cable hace falta? En forma exacta, o con cuatro decimales.
un número en metros — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…es la distancia directa entre los dos extremos, sin tocar el suelo. El cable tiene que bajar, así que es más largo.
es solo el primer tramo, el que va del poste corto al suelo. Falta el segundo, que mide .
10 saldría de , sumando las tres longitudes por separado. El cable va en diagonal, no en escalera.
, o bien la distancia al punto reflejado.
Desarrollo
Con :
Y por reflexión sale de una vez: es la distancia de a ,
Que los dos triángulos salgan isósceles —catetos y , y y — es consecuencia de que el reparto sea proporcional a las alturas. Los dos tramos forman 45° con el suelo.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una de las piezas no debe entrar.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Los dos tramos no son iguales: miden y . El punto medio, , da , algo más que el óptimo. Lo que sí es igual en los dos tramos es el ángulo con el suelo —45° en ambos—, y eso es lo que caracteriza al mínimo, no la longitud.
El razonamiento, en orden
La variable. es la distancia del poste de 2 m al punto de sujeción, con .
La función objetivo: , suma de dos hipotenusas.
Derivar: , que se anula en .
O reflejar, que es más rápido: el extremo alto pasa a , la recta que lo une con tiene pendiente y corta el suelo en .
La longitud: m, que coincide con , la distancia al punto reflejado.
El reparto sale y , proporcional a las alturas de los postes. No es casualidad: la condición de ángulos iguales lo impone.
Resolución completa
Datos. Postes de 2 y 3 m separados 5 m; cable de un extremo al otro pasando por un punto del suelo.
1 · Plantear
Poniendo el poste corto en y el largo en , y llamando a la distancia del punto de sujeción al poste corto:
| tramo | catetos | longitud |
|---|---|---|
| y | ||
| y |
2 · La vía corta: reflexión
Hay un truco clásico que resuelve esto sin derivar.
Refléjese el poste alto por debajo del suelo: su extremo pasa de a . Para cualquier punto del suelo, la distancia de al extremo real y al reflejado es la misma —el suelo es el eje de simetría—, así que
donde y . Y esa suma es mínima cuando está sobre el segmento recto : la recta es el camino más corto.
La recta de a tiene pendiente
y corta al suelo, , en
Y la longitud mínima es directamente la distancia :
3 · La vía larga: derivar
Igualando a cero:
Elevando al cuadrado y operando se llega a . Y comprobándolo directamente:
Que es mínimo: es suma de dos funciones convexas —cada raíz lo es— luego es convexa, y su punto crítico es el mínimo absoluto.
4 · Lo que dice la condición de óptimo
La ecuación se puede leer así:
y esos dos cocientes son los cosenos de los ángulos que forman los dos tramos con el suelo. Es decir:
En el óptimo, los dos tramos forman el mismo ángulo con el suelo.
Es la ley de reflexión — la misma que sigue un rayo de luz al rebotar. Por eso el truco del espejo funciona.
Aquí los dos ángulos valen 45°, porque los triángulos salen isósceles: catetos y el primero, y el segundo.
5 · Por qué el reparto es 2 y 3
De la igualdad de ángulos sale, por semejanza de triángulos:
El punto divide los 5 m en proporción a las alturas de los postes, . Es una regla general para este problema, y sirve para comprobar el resultado de un vistazo.
6 · Comprobación
Numérica:
El de es el menor ✔ Y nótese que el punto medio, , queda muy cerca: la función es bastante plana cerca del óptimo.
Por cota inferior. El cable no puede medir menos que la distancia directa entre los dos extremos:
Y ✔ La diferencia es lo que cuesta bajar al suelo.
De los ángulos. y : los dos 45° ✔
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.