tal cual cayó — sin cambiar un número
Cálculo · cuarta evaluación
Cuarta evaluación · 2025-2026
23 de marzo de 2026 · 3 ejercicios · 30 puntos
Empieza sin mirar: abre cada ejercicio cuando vayas a por él. Las resoluciones están en la otra pestaña.
El mapa del Mauna Kea, leído sin conocer la funciónFunciones reales de varias variables reales1 + 7 + 2 = 10 pts
Sea la función que modeliza la altura de parte de la superficie de la montaña Mauna Kea en Hawai. Para cada , representa la altura (m) sobre el nivel del mar de dicho punto de la superficie. En la siguiente imagen se han representado diferentes curvas de nivel de , un punto sobre la superficie y tres vectores , , desde .
Figura redibujada del enunciado original. Diez curvas de nivel, todas la misma cúbica trasladada en vertical; el tono de las bandas cambia de forma monótona hacia la derecha, que es donde la altura es mayor. P está sobre la curva 7 y Q, sobre la misma curva, en el punto donde su tangente es horizontal. a) Identifica entre los vectores , y el vector gradiente en . Razona tu respuesta.
b) Identifica cuál de las siguientes curvas corresponde a la curva de nivel de . Razona tu respuesta.
c) ¿En qué altura se encuentra el punto ?
d) Si nos desplazamos desde el punto siguiendo las direcciones , y , ¿cuál será la velocidad de cambio de la altura en cada una de esas direcciones?
e) La recta tangente a la curva de nivel en el punto es paralela a la recta . Sabiendo que el valor máximo de la velocidad de cambio de la altura en ese punto es 1, calcula el vector gradiente en el punto .
f) Supongamos que en un punto el gradiente es nulo. ¿Qué interpretación geométrica podríamos dar sobre dicho punto en este contexto de la montaña?
Leer el gradiente, la curva de nivel y la altura de un mapa de niveles.
- 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.
Dos materiales, y dónde hay que poner el vérticeIntegral múltiple0 + 7 + 3 = 10 pts
Se construye una pieza con dos materiales. La parte de la elipse está construida con aluminio y la triangular con PVC. La densidad del aluminio es el doble que la del PVC. Queremos que el centro de masa de la pieza esté en . ¿Cuál debe ser el valor de ?
Figura redibujada del enunciado original. La media elipse tiene semiejes 1 y 3; el triángulo apoya en el segmento de (0,−3) a (0,3). La posición del vértice en el dibujo es arbitraria: a es precisamente lo que se pide. El valor de a que pone el centro de masa en el origen.
- COMP 27 puntos por calcular
- COMP 43 puntos por justificar
Resolver guiado →El examen no publica solución: la resolución es propuesta nuestra, pendiente de revisión.
Leer un sólido dentro de su propia integralIntegral múltiple0 + 7 + 3 = 10 pts
La siguiente integral representa la masa de un sólido :
a) Dibujar el sólido.
b) Calcular la masa.
Reconocer el sólido a partir de los límites y calcular la masa.
- COMP 27 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.
El mapa del Mauna Kea, leído sin conocer la función
- 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
Sea la función que modeliza la altura de parte de la superficie de la montaña Mauna Kea en Hawai. Para cada , representa la altura (m) sobre el nivel del mar de dicho punto de la superficie. En la siguiente imagen se han representado diferentes curvas de nivel de , un punto sobre la superficie y tres vectores , , desde .
a) Identifica entre los vectores , y el vector gradiente en . Razona tu respuesta.
b) Identifica cuál de las siguientes curvas corresponde a la curva de nivel de . Razona tu respuesta.
c) ¿En qué altura se encuentra el punto ?
d) Si nos desplazamos desde el punto siguiendo las direcciones , y , ¿cuál será la velocidad de cambio de la altura en cada una de esas direcciones?
e) La recta tangente a la curva de nivel en el punto es paralela a la recta . Sabiendo que el valor máximo de la velocidad de cambio de la altura en ese punto es 1, calcula el vector gradiente en el punto .
f) Supongamos que en un punto el gradiente es nulo. ¿Qué interpretación geométrica podríamos dar sobre dicho punto en este contexto de la montaña?
Leer el gradiente, la curva de nivel y la altura de un mapa de niveles.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Antes de mirar el dibujo: ¿qué dos cosas sabes siempre del gradiente respecto de la curva de nivel que pasa por el mismo punto?
Tangente a la curva de nivel es la dirección en la que la altura no cambia: justo la contraria de la que más cambia. El módulo sí es la velocidad máxima de cambio.
Eso es, y con esas dos basta para el apartado a): de los tres vectores, el gradiente es el que cruza las curvas —no el que las sigue— y de los dos que las cruzan, el que va hacia los números grandes.
Perpendicular sí, pero el sentido está del revés. El gradiente apunta hacia el ascenso más rápido; el que baja es .
No depende de nada de eso. El gradiente se calcula con las derivadas parciales de y existe con independencia de cómo recorras la curva de nivel.
- 02
Reconocer el camino
COMP1Mira las tres flechas del dibujo. ¿Cuál es ?
Correcto. es el único que cruza las curvas de nivel hacia los números mayores: sale de la curva 7 y va hacia la 8, la 9, la 10. va pegado a la propia curva de nivel y cruza, sí, pero hacia los números pequeños.
sigue la curva de nivel: sale de y va hacia por encima de la misma curva. Por ahí la altura no cambia, así que esa es exactamente la dirección donde la derivada direccional vale cero.
tiene la dirección buena —es perpendicular a la curva de nivel— pero el sentido contrario: apunta hacia la zona de los números pequeños. es la dirección de , la de máximo descenso.
Sí se puede, y es lo que pide el ejercicio. Del mapa se lee la dirección y el sentido; lo que no se lee sin más datos es el módulo.
- 03
Reconocer el camino
COMP1De las tres candidatas, ¿cuál es la curva de nivel que pasa por ?
Sí. Pasa por —— y además es la única que explica el dibujo: despejada es , una cúbica con su punto de inflexión y tangente horizontal justo en , que es donde está . Todas las curvas del mapa tienen esa misma forma de ese tumbada.
Cuidado, que esta también pasa por : . Por eso no basta con sustituir. Lo que la descarta es la forma: al llevar es simétrica respecto del eje , así que tendría dos ramas y tangente vertical donde corta a . En el dibujo no hay nada de eso.
Ni siquiera pasa por : . Y además es una recta, y en el mapa no hay ninguna curva de nivel recta.
Por un punto pasa una sola curva de nivel, la del valor . Otra cosa es que haya infinitas curvas de nivel en el mapa, una por cada altura.
- 04
Apartado c) — la altura de P
COMP2¿A qué altura está , según las etiquetas del mapa?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El 8 es la etiqueta que te queda a la derecha de , a su misma altura de dibujo. Pero la etiqueta va sobre su curva, y esa curva no es la que pasa por : la de es la que sube hasta y lleva el 7.
2 es la coordenada de , no su altura. La altura es el valor de , y en un mapa de niveles se lee en la etiqueta de la curva.
3 sale de la ecuación de la curva (), y es la constante que la desplaza, no el nivel. El nivel lo dice la etiqueta: 7.
Sigue con el dedo la curva que pasa por hacia arriba y a la derecha: pasa por y sale del dibujo. ¿Qué número lleva?
Desarrollo
La curva que pasa por es la misma que pasa por —se ve siguiéndola— y lleva la etiqueta 7. Así que
Conviene decirlo en el examen: la altura no se calcula, se lee. El dato está en el dibujo y el mapa es la única fuente que hay, porque no se da en ningún sitio.
- 05
Apartado d) — la velocidad de cambio en la dirección de u
COMP2¿Cuánto vale la derivada direccional de la altura en siguiendo la dirección de ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…1 no sale de ningún sitio aquí; el 1 del enunciado es el valor máximo en , que es otro punto y otro apartado. Piensa qué le pasa a la altura cuando te mueves por encima de una curva de nivel.
7 es la altura de , no su velocidad de cambio. Una es cuánto vale ; la otra, cuánto varía.
va pegado a la curva de nivel que pasa por . Por definición, una curva de nivel es el conjunto de puntos donde vale lo mismo.
Desarrollo
es tangente a la curva de nivel en , y sobre una curva de nivel la altura es constante. Por tanto
Los otros dos no dan un número —el mapa no da el módulo del gradiente en — pero sí su signo y su carácter extremo, que es lo que el apartado pide:
- En la dirección de la altura crece, y lo hace a la máxima velocidad posible en : .
- En la dirección de , que es la opuesta, la altura decrece, y a esa misma velocidad máxima: .
Que sea más corto que en el dibujo no cambia nada: la derivada direccional se toma sobre el vector unitario, así que solo cuenta hacia dónde apuntan.
- 06
Apartado e) — la segunda componente del gradiente en Q
COMP2En la tangente a la curva de nivel es horizontal y el valor máximo de la velocidad de cambio es 1. La primera componente de es 0. ¿Cuánto vale la segunda?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El módulo sí es 1, pero el signo va al revés. Sube desde en vertical y mira las etiquetas: te alejas del 7 hacia el 6 y el 5. Si al subir en la altura baja, la componente del gradiente es negativa.
Si las dos componentes fueran 0 el gradiente sería nulo, y entonces la velocidad máxima de cambio sería 0, no 1.
El gradiente es perpendicular a la tangente. Si la tangente es horizontal, el gradiente es vertical: . Y obliga a .
Desarrollo
La dirección. La tangente a la curva de nivel en es paralela a , es decir horizontal. El gradiente es perpendicular a ella, luego es vertical:
El módulo. El valor máximo de la velocidad de cambio en un punto es . Como vale 1,
El signo, que es lo que hay que razonar. El gradiente apunta hacia donde crece. Subiendo en vertical desde se pasa de la curva 7 a las de valor menor, así que en esa dirección la altura baja. Por tanto y
- 07
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta al apartado f). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Anularse no dice de qué tipo es el punto. Un fondo de valle y un collado también tienen gradiente nulo, y el collado es el caso interesante: es llano y no es ni lo más alto ni lo más bajo. Para distinguirlos hace falta mirar las segundas derivadas, o las propias curvas de nivel alrededor.
El razonamiento, en orden
Si , las dos derivadas parciales se anulan, así que es un punto crítico de .
Entonces la derivada direccional en vale 0 en todas las direcciones: te muevas hacia donde te muevas, la altura no empieza a cambiar.
Geométricamente, el plano tangente a la superficie en es horizontal.
En la montaña eso es un sitio llano: una cima, el fondo de un hoyo o un collado entre dos cumbres.
Resolución completa
El ejercicio entero se resuelve sin saber quién es , y conviene decírselo al corrector en la primera línea: todo sale de las dos propiedades del gradiente y de leer el mapa.
a) El gradiente es w
El gradiente cumple dos cosas: es perpendicular a la curva de nivel y apunta hacia donde crece.
- va a lo largo de la curva de nivel que pasa por —se ve que la sigue hacia —, así que no puede ser el gradiente. Es la dirección de cambio nulo.
- y cruzan las curvas, luego los dos son perpendiculares a ella, pero son opuestos. El que va hacia los números grandes —hacia el 8, el 9, el 10— es .
Así que tiene la dirección y el sentido de . El mapa no da su módulo.
b) La curva es la C
B se descarta de dos formas: no pasa por () y además es una recta, y en el mapa no hay curvas rectas.
A pasa por , así que sustituir no basta:
Lo que la descarta es la forma. Al llevar , la ecuación es simétrica respecto del eje : para cada da dos valores opuestos de , y tiene tangente vertical donde corta a . Las curvas del mapa no son simétricas ni tienen tangentes verticales.
C pasa por y explica el dibujo:
que es una cúbica con punto de inflexión y tangente horizontal en — exactamente donde está , y exactamente lo que el apartado e) da por sabido. Además todas las curvas del mapa tienen esa misma forma, que es lo que se espera de una familia cuando las curvas son trasladadas verticales unas de otras.
c) La altura de P es 7 m
Se lee: la curva que pasa por es la que lleva la etiqueta 7. Es la misma que pasa por , así que .
d) Cero, máximo y mínimo
| dirección | velocidad de cambio de la altura |
|---|---|
| , tangente a la curva de nivel | — la altura no cambia |
| , la del gradiente | , la mayor posible |
| , la opuesta al gradiente | , la menor posible |
Con el mapa no se puede poner un número a las dos últimas, porque no da el módulo del gradiente en ; sí se puede decir que una es la máxima subida y la otra la máxima bajada. Y ojo: la derivada direccional se define sobre el vector unitario, así que la longitud con la que estén dibujadas las flechas no interviene.
e) El gradiente en Q es (0, −1)
Tangente horizontal gradiente vertical . Velocidad máxima 1 . Y subiendo desde la altura baja —se pasa del 7 hacia el 6 y el 5—, luego :
f) Un punto llano
significa que todas las derivadas direccionales en son nulas, o sea que el plano tangente a la superficie es horizontal. En la montaña, eso es un sitio llano. Puede ser una cima, el fondo de un hoyo o un collado; el gradiente por sí solo no distingue cuál.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Dos materiales, y dónde hay que poner el vértice
- COMP 27 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
Se construye una pieza con dos materiales. La parte de la elipse está construida con aluminio y la triangular con PVC. La densidad del aluminio es el doble que la del PVC. Queremos que el centro de masa de la pieza esté en . ¿Cuál debe ser el valor de ?
El valor de a que pone el centro de masa en el origen.
- 01
Reconocer el camino
COMP1«El centro de masa está en ». ¿Qué condición hay que imponer de verdad?
No. Lo que tiene que compensarse no es la masa, es la masa por su distancia al eje. Una pieza pesada muy cerca del eje equilibra a otra ligera muy lejos: es la ley de la palanca.
Eso es. equivale a que se anule el numerador, porque la masa total no es cero. Y sale gratis: la pieza es simétrica respecto del eje .
Menos aún: las densidades son distintas, así que ni siquiera con áreas iguales las masas serían iguales. Y aunque lo fueran, lo que cuenta es el momento.
Eso sería pedir que cada trozo estuviera equilibrado por su cuenta, que es mucho más fuerte y aquí es imposible: la media elipse está entera a la izquierda del eje.
- 02
El momento de la media elipse
COMP2Para la media elipse , ¿cuánto vale (sin la densidad)?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Signo cambiado. La media elipse está a la izquierda del eje , así que todos sus puntos tienen y la integral de tiene que salir negativa.
Eso es , la coordenada del centroide. Aquí se pide el momento, que es por el área: .
Sale de integrar mal el semieje vertical. La anchura de la banda en es , y al integrar por ella aparece , no a secas.
Barre en de a . Para cada , va de a , así que la banda mide .
Desarrollo
De paso queda el centroide, que es la forma en que suele venir en las tablas: el área es , y
que es la fórmula conocida del semicírculo, , con : estirar la figura en vertical no mueve su centroide en horizontal.
- 03
El valor de a
COMP2Con el aluminio a densidad y el PVC a densidad , ¿cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Te has quedado en sin sacar la raíz. La ecuación es , así que y (positiva, como pide el enunciado).
sale de olvidar el factor 2 de la densidad del aluminio: con densidades iguales quedaría . Pero el aluminio pesa el doble, y su momento también.
sale de duplicar el momento del PVC en vez del del aluminio. Repasa cuál de los dos lleva el 2: el enunciado dice que la densidad del aluminio es el doble.
Ese es el centroide de la media elipse en valor absoluto, no . El centroide es un paso intermedio; sale de igualar los dos momentos.
Momento del aluminio: . Momento del PVC: . Calcula el segundo e iguala la suma a cero.
Desarrollo
El triángulo. Vértices , y . Para cada la banda vertical mide :
La ecuación. El momento total respecto del eje tiene que ser nulo:
se cancela, que es lo esperable: lo que importa es la razón de densidades, no su valor.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Esa es la trampa de la palanca. Lo que se equilibra no son las masas sino los momentos: masa por distancia al eje. Con el triángulo tiene área y la media elipse ; ni el doble, ni ninguna razón redonda.
El razonamiento, en orden
no hay que imponerlo: la pieza es simétrica respecto del eje y las dos densidades también, así que sale solo.
equivale a que el momento estático respecto del eje sea nulo, porque la masa total no es cero.
El momento del aluminio es , negativo porque toda esa parte está a la izquierda.
El momento del PVC es , positivo y creciente con : cuanto más lejos se lleva el vértice, más tira hacia la derecha.
Igualando, , y como el enunciado pide , la solución es .
Resolución completa
Qué hay que imponer
El centro de masa de una pieza plana de densidad variable es
es gratis. La pieza y las dos densidades son simétricas respecto del eje , así que el numerador de se anula por simetría. Decirlo ahorra media hoja y es justo lo que la COMP4 valora.
equivale a anular el numerador, porque la masa total es positiva. Y el numerador se parte en dos trozos, cada uno con su densidad constante:
Los dos momentos
Media elipse con . Para cada la banda vertical mide :
Triángulo de vértices y . La banda en mide :
La ecuación
desaparece: solo cuenta que una densidad sea el doble de la otra.
La comprobación que conviene escribir
Con , el triángulo tiene área y centroide en ; la media elipse, área y centroide en . Momentos:
Se cancelan. Y una comprobación de sentido común que vale un punto: el dibujo del enunciado sitúa el vértice cerca de , pero eso es solo una posición cualquiera para poder dibujar la pieza — es justamente lo que se pide. La respuesta, , cae más a la izquierda de lo que sugiere el dibujo, y tiene que ser así: el aluminio pesa el doble y tira mucho.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Leer un sólido dentro de su propia integral
- COMP 27 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
La siguiente integral representa la masa de un sólido :
a) Dibujar el sólido.
b) Calcular la masa.
Reconocer el sólido a partir de los límites y calcular la masa.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Los dos límites de la integral en son y . ¿Qué son?
El segundo no lo es: lleva raíz, no cuadrado. es lineal en , y una recta que se gira alrededor del eje da un cono.
Exacto. En cilíndricas son y : el paraboloide es el suelo del sólido y el cono, el techo. Los dos son superficies de revolución alrededor del eje .
Ninguna de las dos depende de e por separado, así que no hay planos inclinados; y las dos dependen de , así que tampoco hay cilindros de radio fijo.
Un hemisferio sería , con la suma restándose dentro de la raíz. Aquí la suma va sumando, y eso da un cono, no una esfera.
- 02
Dónde se cortan las dos superficies
COMP2¿A qué distancia del eje se cortan el cono y el paraboloide?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…es la otra raíz de , y hay que descartarla: es una distancia y no puede ser negativa.
12 es la profundidad del vértice del paraboloide, no el radio del corte. Iguala las dos alturas y resuelve la ecuación de segundo grado.
es donde el paraboloide corta al plano , que no es donde corta al cono. El cono no está en salvo en su vértice.
Iguala y resuelve. Y fíjate en que ese radio tiene que coincidir con el que dan los límites de e .
Desarrollo
Como , el corte está en , a la altura .
Y aquí está la comprobación que da tranquilidad: los límites de e del enunciado son y , o sea con . El disco de radio 3. La proyección del sólido y el corte de las dos superficies coinciden, como tenía que ser.
- 03
La masa
COMP2Pasando a cilíndricas, ¿cuánto vale ?
en forma exacta o con dos decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…La mitad. Sale de tomar entre y : pero es medio disco, no un cuarto, así que va de a y , no 1.
Saldría 0 si el disco fuera entero: , y por simetría la densidad se compensaría. Pero aquí solo está la mitad con , donde la densidad es positiva, así que la masa tiene que ser positiva.
: has metido un de más al integrar en . Ojo, que aquí la integral angular no es ni , sino , porque la densidad depende de .
Sale de olvidar uno de los tres sumandos. Al desarrollar quedan tres términos: .
En cilíndricas y , así que el integrando es . El factor angular sale fuera: .
Desarrollo
El ángulo se separa porque nada más depende de :
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la justificación del cambio a cilíndricas. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El sólido es medio cuerpo de revolución, pero la densidad no: vale , que cambia con el ángulo. En cuanto el integrando depende de , la integral angular deja de ser un factor geométrico. Aquí vale . Si se hubiera tomado el resultado se multiplicaría por ; y si el disco fuera entero, la masa saldría 0.
El razonamiento, en orden
Los límites y describen el medio disco con .
En polares, va de 0 a 3 y la condición es , o sea .
El jacobiano del cambio aporta un factor , así que .
La densidad es , luego el integrando completo es .
Resolución completa
El ejercicio va al revés de lo habitual: la integral está dada y hay que reconstruir el sólido a partir de ella. Conviene leerla de dentro hacia fuera.
a) El sólido
La integral de dentro dice entre qué dos superficies está encerrado, para cada :
- suelo: , un paraboloide de revolución con vértice en que abre hacia arriba;
- techo: , la hoja inferior de un cono con vértice en el origen.
Las dos de fuera dicen sobre qué región del plano: y , es decir el medio disco con .
Y las dos cosas encajan, lo cual es la comprobación de que se ha leído bien: igualando sale , con raíces y ; descartada la negativa, las superficies se cortan justo en , a la altura — el borde del medio disco.
Así que es la mitad —la de — del cuerpo que queda atrapado entre el cuenco del paraboloide y el embudo del cono, desde el vértice del paraboloide en hasta la circunferencia de corte.
b) La masa
La densidad es , que en la región es : coherente con que sea una densidad.
En cilíndricas, y ; la condición es , o sea :
La integral en solo aporta la altura del sólido en cada :
que es positiva en todo y se anula justo en , como debe ser. Separando el ángulo:
El error que cuesta el ejercicio
Dar por hecho que, como el sólido es de revolución, el ángulo aporta . La densidad no es de revolución: vale . Si se integrara sobre el disco entero, y la masa saldría cero — lo cual es correcto para ese otro sólido, porque la mitad con tendría densidad negativa. Por eso el enunciado se queda con medio disco.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.