📚 Resumen Prueba 3 - Clases 21 a 30
Información de la Prueba
Este resumen cubre las Clases 21-30 de MAT1610 Cálculo I
- Contenido: Aplicaciones de la Derivada + Introducción a Integrales
- Estructura: Organizado por temas principales con conceptos clave y ejemplos
🎯 Índice de Contenidos
- Valores Extremos (Clase 21)
- Teorema del Valor Medio (Clase 22)
- Análisis de Funciones con Derivadas (Clase 23)
- Regla de L’Hôpital - Parte 1 (Clase 24)
- Regla de L’Hôpital - Parte 2 (Clase 25)
- Trazado de Curvas (Clase 26)
- Optimización (Clase 27)
- Antiderivadas (Clase 28)
- Integral Definida (Clase 29)
- Teorema Fundamental del Cálculo (Clase 30)
1️⃣ Valores Extremos (Clase 21)
📌 Conceptos Fundamentales
Definiciones Clave
Máximo Absoluto: para toda en el dominio
Mínimo Absoluto: para toda en el dominio
Máximo/Mínimo Local: Condición se cumple solo en una vecindad de
Diferencia Clave
- Extremos locales: Solo ocurren en puntos interiores del dominio
- Extremos absolutos: Pueden ocurrir en cualquier punto del dominio (incluyendo extremos)
📐 Teoremas Importantes
Teorema del Valor Extremo
Si es continua en , entonces alcanza un máximo absoluto y un mínimo absoluto en .
Hipótesis necesarias:
- Función continua
- Intervalo cerrado
Teorema de Fermat
Si tiene un extremo local en y existe, entonces:
⚠️ IMPORTANTE: El recíproco NO es cierto. Si , NO garantiza extremo en .
🔑 Números Críticos
Definición
Un número crítico de es un número en el dominio tal que:
Método del Intervalo Cerrado
Para encontrar extremos absolutos de continua en :
- Evaluar en los números críticos dentro de
- Evaluar en los extremos y
- El mayor valor es el máximo absoluto
- El menor valor es el mínimo absoluto
✅ Ejemplo Tipo
Ejemplo Resuelto
Encuentre los extremos absolutos de en
Solución:
- Números críticos: y
- Evaluaciones:
- ← Máximo absoluto
- ← Mínimo absoluto
2️⃣ Teorema del Valor Medio (Clase 22)
📌 Teorema de Rolle
Teorema de Rolle
Si satisface:
- continua en
- derivable en
Entonces existe tal que
Interpretación: Si una función comienza y termina en el mismo valor, en algún punto intermedio la tangente es horizontal.
📐 Teorema del Valor Medio (TVM)
Teorema del Valor Medio
Si es:
- Continua en
- Derivable en
Entonces existe tal que:
Equivalentemente:
🎨 Interpretaciones
Interpretación Geométrica
Existe un punto donde la tangente es paralela a la secante que une con .
Interpretación Física
En algún momento , la velocidad instantánea es igual a la velocidad promedio.
📊 Consecuencias del TVM
Corolario Importante
Si para toda en un intervalo , entonces es constante en .
✅ Ejemplo Tipo
Aplicación del TVM
Si y para toda , ¿qué tan grande puede ser ?
Solución: Por el TVM en :
Como :
3️⃣ Análisis de Funciones con Derivadas (Clase 23)
📈 Primera Derivada: Crecimiento y Extremos
Prueba Creciente/Decreciente
- Si en un intervalo → es creciente
- Si en un intervalo → es decreciente
Prueba de la Primera Derivada
Sea un número crítico de continua:
- Si cambia de + a - en → Máximo local en
- Si cambia de - a + en → Mínimo local en
- Si no cambia de signo → No hay extremo en
📊 Segunda Derivada: Concavidad
Definición de Concavidad
- Cóncava hacia arriba: La gráfica queda arriba de todas sus tangentes
- Cóncava hacia abajo: La gráfica queda debajo de todas sus tangentes
Prueba de Concavidad
- Si → Cóncava hacia arriba
- Si → Cóncava hacia abajo
🔄 Puntos de Inflexión
Definición
Un punto de inflexión es donde la curva cambia de cóncava hacia arriba a cóncava hacia abajo, o viceversa.
Criterio: Ocurre donde cambia de signo.
📐 Prueba de la Segunda Derivada
Prueba de la Segunda Derivada
Suponga que es continua cerca de y :
- Si → Mínimo local en
- Si → Máximo local en
- Si → Prueba inconclusa (usar primera derivada)
✅ Tabla de Signos - Método
Análisis Completo
Para :
Primera derivada:
Intervalo Creciente Decreciente Creciente Segunda derivada:
Intervalo Concavidad Hacia abajo Hacia arriba
4️⃣ Regla de L’Hôpital - Parte 1 (Clase 24)
🔍 Formas Indeterminadas Básicas
Formas Indeterminadas Principales
- - Ambos tienden a cero
- - Ambos tienden a infinito
📐 Regla de L’Hôpital
Teorema - Regla de L'Hôpital
Si y (o ambos ), entonces:
si existe el límite del lado derecho.
Condiciones para Aplicar
- Verificar que es forma o
- y son derivables
- cerca de
- Derivar numerador y denominador POR SEPARADO (no usar regla del cociente)
✅ Ejemplos Tipo
Ejemplo 1: Forma
\frac{0}{0}
Solución:
- Forma: ✓
- Aplicamos L’Hôpital:
Ejemplo 2: Forma
\frac{\infty}{\infty}
Solución:
Primera aplicación:
Segunda aplicación:
5️⃣ Regla de L’Hôpital - Parte 2 (Clase 25)
🔄 Otras Formas Indeterminadas
Formas que Requieren Transformación
- → Convertir a o
- → Común denominador o racionalización
- , , → Usar logaritmos
🔢 Producto Indeterminado:
Estrategia
Reescribir como cociente:
Ejemplo:
\lim_{x \to 0^+} x \ln xSolución:
➖ Diferencia Indeterminada:
Estrategias
- Común denominador: Combinar fracciones
- Racionalización: Multiplicar por conjugado
- Factorización: Extraer término común
Ejemplo:
\lim_{x \to \infty} (\sqrt{x^2 + x} - x)Solución (racionalización):
🎯 Potencias Indeterminadas: , ,
Método General
Para evaluar :
- Sea
- Tomar logaritmo:
- Evaluar (ahora es producto )
- Resultado:
Ejemplo:
\lim_{x \to 0^+} x^x(forma0^0)Solución:
- Sea , entonces
- (Clase 24)
- Por tanto:
6️⃣ Trazado de Curvas (Clase 26)
📋 Guía para Trazar Curvas (8 Pasos)
Metodología Completa
A. Dominio: Determinar conjunto de valores donde está definida
B. Intersecciones:
- Eje :
- Eje : Resolver
C. Simetría:
- Par: → simétrica respecto al eje
- Impar: → simétrica respecto al origen
- Periódica: → se repite cada período
D. Asíntotas:
- Horizontales: →
- Verticales: →
- Oblicuas: Ver siguiente sección
E. Crecimiento/Decrecimiento: Usar
F. Extremos locales: Prueba de la primera o segunda derivada
G. Concavidad y puntos de inflexión: Usar
H. Dibujar la curva: Unir toda la información
📐 Asíntotas Oblicuas (Inclinadas)
Definición
La recta es una asíntota oblicua si:
Método de División Larga
Para funciones racionales donde grado(numerador) = grado(denominador) + 1:
- Hacer división larga:
- La asíntota es
Nota Importante
- Una función puede tener 0, 1 o 2 asíntotas oblicuas
- NO puede tener asíntota horizontal y oblicua en la misma dirección
✅ Ejemplo Completo
Trazar
y = \frac{2x^2}{x^2-1}A. Dominio:
B. Intersecciones: Origen
C. Simetría: Par ()
D. Asíntotas:
- Verticales: y
- Horizontal: (límite al infinito)
E. :
- Creciente en
- Decreciente en
F. Extremos: Máximo local en ,
G. Concavidad: Usar para determinar puntos de inflexión
7️⃣ Optimización (Clase 27)
📋 Metodología de 6 Pasos
Estrategia para Problemas de Optimización
Paso 1: Comprender el problema (leer detenidamente)
Paso 2: Dibujar un diagrama
Paso 3: Introducir notación (variables y constantes)
Paso 4: Expresar la función objetivo en términos de variables
Paso 5: Eliminar variables usando restricciones →
Paso 6: Optimizar usando métodos de cálculo
✅ Ejemplo Tipo: Maximizar Área
Campo Rectangular junto a un Río
Un agricultor tiene 2400 pies de cerca y quiere cercar un campo rectangular que bordea un río (no necesita cerca en ese lado). ¿Dimensiones para maximizar el área?
Solución:
Variables:
- = ancho del campo
- = largo del campo
- = área (a maximizar)
Función objetivo:
Restricción: (cerca disponible)
Eliminar :
Dominio:
Optimizar:
- pies
- pies
Verificar: → máximo
✅ Ejemplo Tipo: Minimizar Superficie
Lata Cilíndrica
Diseñar una lata cilíndrica de 1 L que minimice el costo del metal.
Solución:
Función objetivo: (área superficial)
Restricción: cm³
Eliminar :
Optimizar:
- cm
- (altura es el doble del radio)
8️⃣ Antiderivadas (Clase 28)
📌 Definición Fundamental
Definición
es una antiderivada de si:
Teorema de la Antiderivada General
Si es una antiderivada de , entonces la antiderivada más general es: donde es una constante arbitraria.
📊 Tabla de Antiderivadas Básicas
Fórmulas Esenciales
Función Antiderivada
🔧 Propiedades
Propiedades de Antiderivación
- Constante múltiple:
- Suma:
📝 Ecuaciones Diferenciales Simples
Problema de Valor Inicial
Encuentre si y
Solución:
- Antiderivada general:
- Usar condición:
- Respuesta:
🚀 Movimiento Rectilíneo
Relaciones
- Aceleración → Velocidad → Posición
Pelota Lanzada Verticalmente
Una pelota se lanza hacia arriba con pies/s desde altura de 432 pies.
Datos: pies/s²
Solución:
- Altura máxima cuando → s
- Choca al suelo cuando → s
9️⃣ Integral Definida (Clase 29)
📐 Sumas de Riemann
Construcción
Para aproximar el área bajo en :
- Dividir en subintervalos:
- Elegir puntos muestra en cada subintervalo
- Suma de Riemann:
Tipos de Sumas de Riemann
- Extremos derechos:
- Extremos izquierdos:
- Puntos medios: (más precisa)
📏 Integral Definida
Definición
La integral definida de desde hasta es:
si este límite existe.
🎨 Interpretación Geométrica
Cuando
f(x) \geq 0
Cuando
fcambia de signodonde es área arriba del eje y área debajo del eje.
📊 Propiedades de la Integral
Propiedades Fundamentales
Linealidad:
Aditividad:
Inversión:
Comparación: Si entonces
Acotación: Si entonces:
🧮 Fórmulas Útiles para Sumas
Fórmulas de Sumas
🔟 Teorema Fundamental del Cálculo (Clase 30)
🌟 TFC Parte 1
Teorema Fundamental del Cálculo - Parte 1
Si es continua en y , entonces:
En palabras: La derivada de una integral es el integrando evaluado en el límite superior.
Con Regla de la Cadena
✅ Ejemplos TFC1
Ejemplo 1
Ejemplo 2 (con regla de la cadena)
🌟 TFC Parte 2
Teorema Fundamental del Cálculo - Parte 2
Si es continua en y es una antiderivada de , entonces:
Notación:
Ventaja del TFC2
¡Ya no necesitamos calcular límites de sumas de Riemann! Solo encontrar una antiderivada y evaluar.
✅ Ejemplos TFC2
Ejemplo 1: Polinomio
Ejemplo 2: Exponencial
Ejemplo 3: Trigonométrica
⚠️ Cuidado con Discontinuidades
Error Común
El TFC NO se aplica si tiene discontinuidad en .
Ejemplo INCORRECTO:
Esta integral no existe porque tiene discontinuidad infinita en .
📝 Consejos para la Prueba
Estrategias de Estudio
Para Optimización:
- Dibuja SIEMPRE un diagrama
- Identifica claramente qué optimizar y qué son las restricciones
- No olvides el dominio físicamente razonable
Para L’Hôpital:
- Verifica PRIMERO que es forma indeterminada
- Deriva numerador y denominador por separado
- Para potencias, usa logaritmos
Para Integrales:
- Memoriza las antiderivadas básicas
- Verifica continuidad antes de aplicar TFC
- Recuerda: NO usar en integrales definidas
- Siempre calcula , no
Checklist Final
- ¿Sé encontrar números críticos y clasificar extremos?
- ¿Puedo usar TVM para demostrar desigualdades?
- ¿Domino las tablas de signos para y ?
- ¿Identifico correctamente formas indeterminadas?
- ¿Conozco las estrategias para cada forma indeterminada?
- ¿Puedo trazar curvas completas usando los 8 pasos?
- ¿Sigo la metodología de 6 pasos en optimización?
- ¿Memoricé las antiderivadas básicas?
- ¿Entiendo ambas partes del TFC?
- ¿Puedo aplicar TFC1 con regla de la cadena?
🎓 Reflexión Final
Conexión de las Clases 21-30
Este bloque de contenido representa la culminación del cálculo diferencial (clases 21-27) y el inicio del cálculo integral (clases 28-30).
Mensaje clave: La derivada y la integral son operaciones inversas, conectadas maravillosamente por el Teorema Fundamental del Cálculo.
- Derivadas → Razones de cambio, tangentes, optimización
- Integrales → Acumulación, áreas, antiderivadas
- TFC → El puente que une ambos mundos
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¡Mucho éxito en tu prueba! 🚀📐✨