📚 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

  1. Valores Extremos (Clase 21)
  2. Teorema del Valor Medio (Clase 22)
  3. Análisis de Funciones con Derivadas (Clase 23)
  4. Regla de L’Hôpital - Parte 1 (Clase 24)
  5. Regla de L’Hôpital - Parte 2 (Clase 25)
  6. Trazado de Curvas (Clase 26)
  7. Optimización (Clase 27)
  8. Antiderivadas (Clase 28)
  9. Integral Definida (Clase 29)
  10. 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:

  1. Función continua
  2. 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 :

  1. Evaluar en los números críticos dentro de
  2. Evaluar en los extremos y
  3. El mayor valor es el máximo absoluto
  4. El menor valor es el mínimo absoluto

✅ Ejemplo Tipo

Ejemplo Resuelto

Encuentre los extremos absolutos de en

Solución:

  1. Números críticos: y
  2. Evaluaciones:
    • Máximo absoluto
    • Mínimo absoluto

2️⃣ Teorema del Valor Medio (Clase 22)

📌 Teorema de Rolle

Teorema de Rolle

Si satisface:

  1. continua en
  2. 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:

  1. Continua en
  2. 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 signoNo 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:

IntervaloConcavidad
Hacia abajo
Hacia arriba

4️⃣ Regla de L’Hôpital - Parte 1 (Clase 24)

🔍 Formas Indeterminadas Básicas

Formas Indeterminadas Principales

  1. - Ambos tienden a cero
  2. - 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

  1. Verificar que es forma o
  2. y son derivables
  3. cerca de
  4. 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 x

Solución:

➖ Diferencia Indeterminada:

Estrategias

  1. Común denominador: Combinar fracciones
  2. Racionalización: Multiplicar por conjugado
  3. Factorización: Extraer término común

Ejemplo: \lim_{x \to \infty} (\sqrt{x^2 + x} - x)

Solución (racionalización):

🎯 Potencias Indeterminadas: , ,

Método General

Para evaluar :

  1. Sea
  2. Tomar logaritmo:
  3. Evaluar (ahora es producto )
  4. Resultado:

Ejemplo: \lim_{x \to 0^+} x^x (forma 0^0)

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:

  1. Hacer división larga:
  2. 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

FunciónAntiderivada

🔧 Propiedades

Propiedades de Antiderivación

  1. Constante múltiple:
  2. 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 :

  1. Dividir en subintervalos:
  2. Elegir puntos muestra en cada subintervalo
  3. 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 f cambia de signo

donde es área arriba del eje y área debajo del eje.

📊 Propiedades de la Integral

Propiedades Fundamentales

  1. Linealidad:

  2. Aditividad:

  3. Inversión:

  4. Comparación: Si entonces

  5. 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! 🚀📐✨