CÁLCULO DIFERENCIAL
En bachillerato, el CÁLCULO DIFERENCIAL,
sirve de base para estudios profesionales en ingeniería, ciencias naturales y
sociales, donde se imparten cursos superiores de matemáticas que formalizan su
estudio y extienden sus aplicaciones en procesos reales.
El Cálculo Diferencial resulta ser una poderosa
herramienta de trabajo en manos de ingenieros y científicos ya que son
innumerables los problemas que pueden ser resueltos con ella.
La palabra “cálculo” proviene del latín
“calculus” que significa contar con piedras. Precisamente desde que el hombre
ve la necesidad de contar, comienza la historia del cálculo, es decir, de las
matemáticas.
Definición de Función
Una función del conjunto A (llamado
Dominio) al conjunto B (llamado Contradominio o Rango) es una relación entre
los elementos del conjunto A y el conjunto B, tal que a cada elemento de A le
corresponde un único elemento de B.
La función es una regla que produce una correspondencia
entre dos conjuntos de elementos, tales que a cada elemento del primer conjunto
le corresponde uno y solo un elemento del segundo conjunto.
Notación Funcional
El dominio de la función lo representarás
con 𝑿 y el
contradominio con 𝒀
𝒙
es un elemento del dominio (es decir, 𝑥
∈ 𝑋)
Las siguientes expresiones son
funciones:
𝒇(𝒙) = 𝒙
𝒇(𝒙) = 𝟐𝒙
+ 𝟏
La correspondencia se ilustra a través
de flechas en el siguiente diagrama.
Definición de Dominio
Se llama “Dominio de una función” al
conjunto de valores que puede tomar la variable independiente.
Definición de Contradominio o
Rango
Es el conjunto de valores que puede
tomar la variable dependiente.
Concepto de Argumento
Es
cada elemento del dominio
Concepto de Imagen
Es
cada elemento que perteneciente al conjunto y se le llama “Contradominio” el
cual es correspondiente asociado a cada argumento de la función.
Gráfica de una función
Es el lugar geométrico de los puntos del
plano (𝑥, 𝑦), para todo
argumento 𝑥
del dominio, le corresponde un contradominio (y), donde 𝑦
= (𝑥).
Por ejemplo, la siguiente imagen es la
gráfica de una función.
Hay dos tipos de funciones: Las Algebraicas
y las Trascendentes.
Las Funciones Algebraicas
Son aquellas cuya variable dependiente
se obtiene combinando un número finito de operaciones algebraicas de suma,
resta, multiplicación, división, elevación a potencias y extracción de raíces
en los que se involucra la variable independiente.
Este tipo de funciones corresponden a
ecuaciones polinómicas, donde se pueden efectuar operaciones en las que
interviene la variable independiente, como la suma, la resta, la
multiplicación, la división, la potenciación y la raíz.
Por ejemplo:
Las funciones polinómicas tienen una
gran aplicación en la elaboración de modelos que describen fenómenos reales.
Algunos de ellos son: la concentración de una sustancia en un compuesto, la
distancia recorrida por un móvil a velocidad constante, la compra de cierta
cantidad de objetos a un precio unitario, el salario de un trabajador más su
comisión, la variación de la altura de un proyectil, entre otros.
Las funciones algebraicas
Son aquellas cuya regla de
correspondencia (la relación que existe entre un argumento y su imagen
correspondiente asociada) es una expresión algebraica.
Funciones polinómicas
Se le llama función polinómica de grado 𝑛, si tiene la
forma (𝑥) = 𝑎0𝑥 𝑛 + 𝑎1𝑥 𝑛−1 + ⋯
+ 𝑎𝑛−1𝑥 + 𝑎𝑛,
𝑎0 ≠ 0. En donde 𝑛 es un entero
positivo.
Todas las funciones polinómicas tienen
como dominio al conjunto de números reales 𝑅,
pero su contradominio varía dependiendo del tipo de función que sea.
Raíz de una función
Un número 𝑟 es raíz de una función si y solo
si (𝑟) = 0. Y las
raíces de una función representan el conjunto de argumentos (elementos del
dominio) donde la gráfica de la función se intersecta con el eje 𝑥.
Función de identidad
La función de identidad se define
mediante la expresión (𝑥)
= 𝑥.
Tiene la propiedad de que a cada argumento
𝑥 del dominio le
hace corresponder el mismo valor en el contradominio y por lo tanto, esta
función es la recta que pasa por el origen y tiene un ángulo de inclinación de
45°.
Función Lineal
La función lineal se define como una
expresión de la forma (𝑥)
= 𝑚𝑥
+ 𝑏.
La función lineal solo tiene una raíz en
el punto (− 𝑘 , 0), pues si 𝑓(𝑥) = 0, 𝑚𝑥
+ 𝑘 = 0, de donde,
despejando 𝑚𝑥
= −𝑘, y finalmente 𝑥 = − 𝑘 𝑚 .
La representación de este tipo de
funciones es una recta.
Por ejemplo:
Función Constante
La función constante se define mediante
la expresión 𝑦
= (𝑥) = 𝑘, en donde 𝑘 es un número
real diferente de cero, es decir 𝑘
≠ 0.
La cual tiene la propiedad de que a cada
argumento 𝑥
del dominio le hace corresponder la misma imagen 𝑘.
La función está definida por una
constante y no interviene la variable independiente.
Por ejemplo:
Función cuadrática
La función cuadrática es un polinomio de
segundo grado.
Tiene la forma (𝑥) = 𝑎𝑥^2 + 𝑏𝑥
+ 𝑐, 𝑎 ≠ 0.
Viene expresada por una función
polinómica de segundo grado y su representación en el plano cartesiano es una
parábola.
Para hallar las raíces de una función
cuadrática, se utiliza la fórmula general de segundo grado que tiene la
forma:
Por ejemplo:
Función cúbica
La función cúbica se define como un
polinomio de tercer grado
Tiene la forma (𝑥) = 𝑎𝑥
3 + 𝑏𝑥
2 + 𝑐𝑥
+ 𝑑, 𝑎 ≠ 0.
Por ejemplo:
Funciones racionales
Se expresan mediante el cociente de
polinomios.
Por ejemplo:
Funciones irracionales
Vienen dadas por la raíz de una
expresión polinómica, o cuando la variable independiente está elevada a
exponentes fraccionarios.
Por Ejemplo:
Funciones trascendentes
Son cuando la variable independiente
forma parte del exponente o de un logaritmo; o simplemente se ve afectada por
una relación trigonométrica.
Las funciones trascendentes se clasifican en:
Función exponencial, función
logarítmica, función trigonométrica directa e inversa.
Función exponencial:
Es una función en la que la variable
independiente se encuentra en el exponente y cuya base es un número real.
Por ejemplo:
Función logarítmica
Es la inversa de la función exponencial.
Por ejemplo:
Funciones trigonométricas directas
Son aquellas donde la variable
independiente forma parte del ángulo en una razón trigonométrica.
Por Ejemplo:
Funciones trigonométricas inversas
Son las funciones inversas de las razones
trigonométricas.
Por ejemplo:
Función creciente
Es creciente cuando a medida que crece
el valor de la variable independiente (x) crece el valor de la función f(x)
Por ejemplo:
Función Decreciente
Es decreciente cuando a medida que el
valor de la variable independiente (x) aumenta, el valor de la función f(x)
disminuye. Esto dependerá de los intervalos en los que se analice.
Por ejemplo:
Ejemplo del comportamiento de una función
Otro ejemplo:
Continuidad y discontinuidad:
Una función es continua si su gráfica
puede dibujarse de un solo trazo, es decir, sin levantar el lápiz del papel y
la discontinua si puede levantar el lápiz y dibujar en dos o más trazos.
Por ejemplo:
¿Qué ocurre cuando se tienen dos o más funciones en el planteamiento
de problemas?
Respuesta= Se podrían obtener nuevas funciones
combinándolas con las operaciones básicas de suma, diferencia, producto y
cociente. También se puede obtener nuevas funciones realizando lo que en
cálculo se conoce como composición de funciones.
LÍMITES
Cuando en los ejemplos se da como
resultado una indeterminación de la forma 0/0 , en los cuales se busca utilizar
algún caso de factorización para resolverlo y posteriormente analizar una
comprobación a partir de su gráfica.
Por ejemplo:
INDETERMINACIÓN
Para resolver esta indeterminación en
los ejemplos de LÍMITES cuando “x” tiende a algo y se sustituye en la ecuación,
en este caso se realiza las factorizaciones correspondientes.
Por ejemplo:
Luego se grafica, quedando de la siguiente manera: