tal cual cayó — sin cambiar un número
Cálculo · recuperación del primer cuatrimestre, con la 5.ª evaluación
Recuperación del primer cuatrimestre, con la 5.ª evaluación · 2018-2019
15 de abril de 2019 · 4 ejercicios · 40 puntos
Empieza sin mirar: abre cada ejercicio cuando vayas a por él. Las resoluciones están en la otra pestaña.
La sucesión que se desploma en el término cienSucesiones y series numéricas0 + 2 + 8 = 10 pts
Sea la sucesión
a) Definir formalmente los siguientes conceptos: sucesión creciente y sucesión convergente.
b) Estudiar el crecimiento y la convergencia de la sucesión .
Las dos definiciones formales, y el crecimiento y la convergencia de esta sucesión.
- COMP 22 puntos por calcular
- COMP 48 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
Tres desarrollos de McLaurin, y el tercero no existeEstudio local de funciones reales de una variable real0 + 8 + 2 = 10 pts
Calcular el desarrollo en serie de McLaurin de las funciones siguientes:
a)
b)
c)
Los tres desarrollos, o la razón de que alguno no exista.
- COMP 28 puntos por calcular
- COMP 42 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
Cuál de las dos curvas es la derivada, y qué hace la cuarta potenciaEstudio local de funciones reales de una variable real1 + 7 + 2 = 10 pts
La figura muestra las gráficas de una función y de su derivada , definidas en el intervalo .
Figura redibujada del enunciado original. El original no nombra las curvas — averiguar cuál es cuál es el apartado a) —, así que aquí se llaman A y B para poder referirse a ellas. Las dos curvas del dibujo son un par exacto: la B es, de verdad, la derivada de la A. a) Identificar qué gráfica corresponde a y qué gráfica corresponde a .
b) Estudiar el crecimiento, decrecimiento y los extremos de la función .
Cuál es cuál, y el crecimiento y los extremos de la cuarta potencia.
- COMP 11 punto por reconocer
- COMP 27 puntos por calcular
- COMP 42 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
El teorema de Darboux, y por qué no basta con Bolzanolos 10 puntos son demostración — cero cálculoFunciones reales de una variable real0 + 0 + 10 = 10 pts
Enunciar y demostrar el teorema de Darboux.
Enunciar y demostrar.
- COMP 410 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.
La sucesión que se desploma en el término cien
- COMP 22 puntos por calcular
- COMP 48 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 sucesión
a) Definir formalmente los siguientes conceptos: sucesión creciente y sucesión convergente.
b) Estudiar el crecimiento y la convergencia de la sucesión .
Las dos definiciones formales, y el crecimiento y la convergencia de esta sucesión.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Los 99 primeros términos son , y el término 100 vale . ¿Estropea eso la convergencia?
Eso es, y es lo que el ejercicio quiere que digas. La definición de límite empieza con «existe un tal que para todo …»: lo que pase antes de no aparece en ninguna parte.
Acercarse no es haber estado siempre cerca. Basta con que a partir de un término la distancia al límite sea menor que cualquier , y aquí desde esa distancia es , que se hace tan pequeña como se quiera.
no está acotada, pero aquí solo se usa hasta : el mayor valor que toma la sucesión es , un número grande pero finito. La sucesión entera sí está acotada.
- 02
El límite
COMP2¿A qué converge la sucesión?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es , el término más grande de toda la sucesión. Un límite no es el mayor valor que se alcanza: es al que se acerca la cola.
Ese es , el primer término de la cola. A partir de ahí la sucesión sigue subiendo — crece con — y se acerca a sin llegar nunca.
Solo cuenta la cola: para la sucesión es .
Desarrollo
Los 99 primeros términos no intervienen: dado , basta tomar para que siempre que .
- 03
Dónde se rompe el crecimiento
COMP2La sucesión no es creciente. ¿Para qué valor de falla por primera y única vez la desigualdad ?
un número natural — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El salto está entre y , así que la desigualdad que falla es la de . De en adelante ya vuelve a crecer.
En la sucesión crece: y . La rama es creciente en todo su tramo, y la rama también en el suyo. Lo único que falla es la costura entre las dos.
Compara los dos términos que están a caballo entre las dos ramas.
Desarrollo
, así que la desigualdad falla en y solo ahí: crece para y crece para .
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La monotonía es suficiente junto con la acotación —el teorema dice «monótona y acotada implica convergente»— pero no es necesaria. Esta misma sucesión lo demuestra: no es monótona y converge. Y hay ejemplos más claros, como , que salta de signo en cada término y converge a cero.
El razonamiento, en orden
Creciente: es creciente si para todo .
Convergente: converge a si para todo existe tal que para todo .
No es creciente, y falla en un solo sitio: y . Sí lo es a partir de .
Converge a 5, porque la definición solo mira lo que pasa a partir de un , y con se cumple .
Está acotada: entre y , y desde entre y .
Resolución completa
a) Las dos definiciones.
es creciente si para todo . (Estrictamente creciente si la desigualdad es estricta.)
converge a si
Fíjate en dónde está el peso: existe un . Lo que la sucesión haga antes de ese término no entra en la definición. Ese es todo el ejercicio.
b) El crecimiento. Las dos ramas crecen por separado:
- Para , es creciente.
- Para , es creciente, porque decrece.
Pero en la costura se rompe:
Así que la sucesión no es creciente. Sí lo es a partir de , y eso es lo que hay que decir: no es creciente, pero es creciente desde un término en adelante.
La convergencia. Converge a . Dado , se toma
y para se cumple a la vez que estamos en la segunda rama y que
Lo que enseña el ejercicio. Que los 99 primeros términos lleguen hasta casi un millón es una provocación deliberada: parece que una sucesión así no puede converger a . Puede. La convergencia es una propiedad de la cola, y una cola no cambia porque delante haya cualquier cosa, siempre que sea una cantidad finita de términos.
Y de paso desmonta el error de creer que hace falta ser monótona para converger: aquí no lo es y converge igual.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Tres desarrollos de McLaurin, y el tercero no existe
- COMP 28 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
Calcular el desarrollo en serie de McLaurin de las funciones siguientes:
a)
b)
c)
Los tres desarrollos, o la razón de que alguno no exista.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué hay que hacer con el apartado c)?
La función es par, es cierto, y si tuviera desarrollo solo tendría potencias pares. Pero no lo tiene: en hace un pico, y un pico no se aproxima por polinomios que pasen suavemente por ahí.
Eso produce una expresión correcta, sí, pero no es un desarrollo de McLaurin. Un desarrollo de McLaurin es una serie de potencias de , , y no es una potencia de .
Exacto. Por la derecha y su derivada en vale ; por la izquierda y vale . Sin no hay ni siquiera el término de grado uno.
- 02
El coeficiente de x⁶
COMP2En el desarrollo de , ¿cuál es el coeficiente de ?
en forma exacta o con cuatro decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es , el coeficiente de en a secas. Al multiplicar por todos los exponentes suben cuatro: el sale del de la exponencial.
Ese es , y multiplicado por da , no . Hay que retroceder cuatro, no tres.
Ese es . El del enunciado es el exponente del factor , no un factorial: no aparece dividiendo en ninguna parte.
. ¿Qué da ?
Desarrollo
El término de grado es el de :
- 03
La sexta derivada en cero
COMP2Con ese coeficiente, ¿cuánto vale para ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es , que sería la respuesta si el coeficiente fuera . Hay que multiplicarlo por .
Eso es el coeficiente, no la derivada. La relación es , así que la derivada es .
Has usado . El factorial que aparece en la relación con la derivada es el del grado del término, , y solo ese.
.
Desarrollo
Es el ejemplo de para qué sirve una serie: derivar seis veces a mano es un trabajo largo y lleno de sitios donde equivocarse; leer el coeficiente de la serie son dos líneas.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La serie describe bien la rama derecha, y solo la rama derecha. Si valiera para todo , la función sería derivable en con — y por la izquierda la derivada es . Además, una serie de potencias es siempre infinitamente derivable donde converge, así que ninguna puede representar a una función con un pico. Un desarrollo de McLaurin tiene que valer en un entorno de , a los dos lados.
El razonamiento, en orden
a) , válido para todo .
b) Multiplicar por es desplazar los exponentes: , y también vale para todo .
De ahí se lee, por ejemplo, y por tanto .
c) vale a la derecha de y a la izquierda, así que sus derivadas laterales en son y .
Como esas dos no coinciden, no es derivable en y no tiene desarrollo de McLaurin: la serie ni siquiera se puede empezar a escribir.
Resolución completa
a) La exponencial.
válido para todo : el radio de convergencia es infinito.
b) Multiplicada por . No hay que derivar nada. Multiplicar una serie de potencias por es desplazar todos los exponentes:
También para todo . Y de aquí se leen las derivadas en el origen sin derivar: como ,
Los cuatro primeros coeficientes son cero, es decir , que se puede comprobar aparte.
c) La que no existe. Aquí el enunciado cambia de pregunta sin avisar.
La función es continua en —las dos ramas valen — pero no es derivable:
Y sin no hay coeficiente de grado uno, así que no hay desarrollo de McLaurin. Ni siquiera se puede empezar.
Hay una forma más de verlo, y conviene tenerla: una serie de potencias es infinitamente derivable dentro de su intervalo de convergencia. Una función con un pico no puede ser la suma de una serie de potencias centrada justo en el pico.
Lo que se puede decir, y es lo que da los puntos de COMP4: para la función coincide con y ahí sí vale ; y para coincide con . Dos desarrollos laterales distintos, ninguno válido en un entorno del origen.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Cuál de las dos curvas es la derivada, y qué hace la cuarta potencia
- COMP 11 punto por reconocer
- COMP 27 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
La figura muestra las gráficas de una función y de su derivada , definidas en el intervalo .
a) Identificar qué gráfica corresponde a y qué gráfica corresponde a .
b) Estudiar el crecimiento, decrecimiento y los extremos de la función .
Cuál es cuál, y el crecimiento y los extremos de la cuarta potencia.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Cuál de las dos curvas es ?
Eso es. El corte de la derivada con el eje tiene que caer donde la función tiene la tangente horizontal, y aquí encaja: la B cruza el eje exactamente bajo el máximo de la A.
Sí se puede, y es justo lo que pide el ejercicio: se comparan los ceros de una con los extremos de la otra. Es lectura de gráficas, no cálculo.
Estar por encima no significa nada: las dos gráficas están en escalas distintas y no se comparan. Y la prueba de fondo falla: la B baja durante casi todo el intervalo, así que su derivada tendría que ser negativa casi siempre, y la A es positiva en un tramo largo.
- 02
En cuántos tramos se parte el intervalo
COMP2Como , el signo de cambia en los ceros de y en los de . ¿En cuántos subintervalos queda partido ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Solo has partido por el cero de . Los ceros de también cuentan, porque el factor cambia de signo en ellos, y hay dos.
Te falta un punto de corte. se anula dos veces —una al principio, en el origen, y otra pasado su máximo— y una: en total tres puntos, que parten el intervalo en cuatro.
Has contado un punto de más. Los que cambian el signo de son los ceros de y los de : dos y uno. El mínimo de no cuenta, porque ahí no cambia de signo.
Cuenta los ceros de y los de dentro del intervalo, y recuerda que puntos parten un intervalo en trozos.
Desarrollo
se anula en dos puntos: llamémoslos —el corte del origen— y , ya pasado el máximo. se anula en uno solo, , que es donde tiene el máximo, y cumple .
Tres puntos parten en cuatro subintervalos: , , y .
- 03
Cuántos extremos relativos
COMP2¿Cuántos extremos relativos tiene en el interior del intervalo?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has copiado los extremos de , que en el interior tiene solo el máximo. Al elevar a la cuarta aparecen dos más: los ceros de pasan a ser mínimos de , porque y ahí vale .
Te falta uno. Son los dos ceros de —mínimos de — más el máximo de , que sigue siendo máximo de porque la cuarta potencia es creciente en los positivos.
Has contado un punto que no lo es. Los cuatro subintervalos dan tres fronteras interiores, y en cada una cambia de signo: tres extremos, no cuatro.
En cada uno de los tres puntos de corte, ¿cambia de signo?
Desarrollo
Con , el signo es el producto de los de y :
tramo decrece crece decrece crece Cambia de signo en los tres puntos: mínimo en , máximo en y mínimo en .
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La primera mitad es cierta: y en un cero de se anulan los dos sumandos. Pero que se anule no decide nada —el criterio de la segunda derivada simplemente no se aplica—; hay que mirar el signo de a los lados. Y aún más rápido: y en esos puntos vale , así que son mínimos absolutos.
El razonamiento, en orden
a) La curva B corta al eje justo donde la A tiene su máximo, y es positiva mientras la A sube y negativa mientras la A baja: la A es y la B es .
b) , y como tiene el mismo signo que , el signo de es el producto de los signos de y de .
Los puntos donde puede cambiar son los dos ceros de , y , y el cero de , que es , con .
decrece en , crece en , decrece en y crece en .
Por tanto hay mínimo en , máximo en y mínimo en ; y los dos mínimos valen , que es el menor valor posible de una cuarta potencia.
Resolución completa
a) Cuál es cuál. La regla es una sola: los ceros de la derivada caen bajo las tangentes horizontales de la función.
La curva B corta al eje horizontal exactamente en la abscisa donde la curva A alcanza su máximo. Y el signo acompaña: B es positiva mientras A sube, y negativa mientras A baja. Por tanto
Al revés no funciona: si B fuera , su derivada tendría que ser negativa en casi todo el intervalo —B baja desde hasta muy cerca de — y la curva A es positiva en un tramo largo.
Un segundo indicio, por si acaso: B tiene un mínimo cerca de , y ahí es donde A baja más deprisa. Encaja.
b) La cuarta potencia. Llamemos y a los dos ceros de y al cero de , con .
Como tiene el mismo signo que , el signo de es el producto de los signos de y :
| tramo | ||||
|---|---|---|---|---|
| decrece | ||||
| crece | ||||
| decrece | ||||
| crece |
Los extremos. En los tres puntos hay cambio de signo:
- : mínimo, y .
- : máximo, el mismo punto donde tiene su máximo.
- : mínimo, y .
La forma corta de verlo. es siempre , así que donde se anula toca su valor más bajo posible: esos dos puntos son mínimos absolutos, sin necesidad de ninguna derivada. Y como es creciente para y decreciente para , es grande donde es grande. Con eso solo, el dibujo de ya se puede esbozar: dos valles tocando el suelo y un pico entre ellos, más lo que suba en los extremos del intervalo, donde crece.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El teorema de Darboux, y por qué no basta con Bolzano
- 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
Enunciar y demostrar el teorema de Darboux.
Enunciar y demostrar.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué hipótesis pide el teorema de Darboux?
Exacto, y esa ausencia es todo el interés del teorema. Si fuera continua bastaría con Bolzano; Darboux dice que la propiedad de los valores intermedios la tiene toda derivada, sea continua o no.
Con esa hipótesis el teorema sobra: sería Bolzano aplicado a y no haría falta ponerle nombre propio. Darboux existe justamente para los casos en los que no es continua.
Aquí hace falta más: el enunciado habla de y , así que la derivada tiene que existir también en los extremos.
- 02
El teorema, sobre un caso concreto
COMP2Sea en . Como y , Darboux garantiza un con . ¿Cuál es?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Esa es la otra raíz de , y está fuera de . El teorema afirma que hay un dentro del intervalo, y aquí es el positivo.
Ese es el extremo izquierdo, y allí , no . Además Darboux garantiza un punto del interior.
Has resuelto como . Primero se divide entre : .
Deriva y resuelve dentro de .
Desarrollo
y la que está en es . Aquí es continua y Bolzano habría bastado; el ejemplo sirve para ver qué afirma el teorema, no para justificar que haga falta.
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena el enunciado y la demostración. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Una derivada no tiene por qué ser continua. El contraejemplo de siempre es con : es derivable en todo , , y sin embargo no tiene límite cuando . Precisamente porque Bolzano no se puede aplicar hace falta Darboux.
El razonamiento, en orden
Enunciado. Si es derivable en y está entre y , existe tal que .
Se supone, sin pérdida de generalidad, , y se define , que es derivable en y por tanto continua.
Por el teorema de Weierstrass, alcanza su mínimo absoluto en algún punto de .
, así que inmediatamente a la derecha de hay puntos donde vale menos que en : el mínimo no está en .
, así que inmediatamente a la izquierda de hay puntos donde vale menos que en : el mínimo tampoco está en .
El mínimo está entonces en un punto interior , y por el teorema de Fermat , es decir .
Resolución completa
Enunciado. Sea derivable en y sea un número comprendido entre y . Entonces existe tal que
Dicho en corto: la derivada de una función derivable tiene la propiedad de los valores intermedios, aunque no sea continua.
Por qué no es Bolzano. Bolzano se aplica a funciones continuas, y una derivada puede no serlo. El contraejemplo clásico:
es derivable en todo —en el origen, — y su derivada, , oscila sin límite cuando . Darboux dice que aun así no puede saltarse ningún valor.
Demostración. Supongamos ; el otro caso es idéntico cambiando el signo. Se define
que es derivable en , y por tanto continua, con .
1. El mínimo existe. es continua en un intervalo cerrado y acotado, así que por el teorema de Weierstrass alcanza su mínimo absoluto en algún .
2. El mínimo no está en . Como
y , para pequeño y positivo el cociente es negativo, luego . Hay puntos donde vale menos que en : el mínimo no puede estar ahí.
3. El mínimo no está en . Del mismo modo,
y con ; para que ese cociente sea positivo con denominador negativo hace falta . Otra vez hay puntos mejores: el mínimo tampoco está en .
4. Conclusión. El mínimo está en un punto interior . En un extremo interior de una función derivable, el teorema de Fermat da , es decir
Dónde se usa cada hipótesis. La derivabilidad en los extremos es lo que permite hablar de y y, sobre todo, lo que permite los pasos 2 y 3. La continuidad de —que sale gratis de la derivabilidad— es lo que permite Weierstrass. Y en ningún momento se ha supuesto que sea continua: ahí está el teorema.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.