x se puede clasificar de acuerdo con la
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- Santiago Olivera Medina
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1 CRITERIO DE LA PRIMERA DERIVADA PARA CALCULAR VALORES EXTREMOS DE UNA FUNCIÓN Conceptos clave: 7. Criterio de la primera derivada para determinar valores extremos de una función: Hipótesis. Si f(x) es una función continua en el intervalo (a,b), x es el único punto crítico en ese intervalo y f(x) es derivable en (a,b), entonces: Tesis. El punto crítico ( f ( )) siguiente tabla: x se puede clasificar de acuerdo con la, x Signo de f (x) en a, x ) Signo de f (x) en ( x, b) Decisión ( + - f(x ) es un máximo - + f(x ) es un mínimo + + f(x ) es un posible punto de inflexión - - f(x ) es un posible punto de inflexión Sugerencia para el profesor Comentar con los estudiantes que es posible convertir el criterio anterior en una serie de pasos a seguir, de manera que podamos establecer el siguiente procedimiento para encontrar valores extremos de una función. Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4-4
2 P R O C E D I M I E N T O. Obtener la primera derivada de la función.. Igualar a cero la primera derivada f (x) = 0, para investigar dónde f(x) es constante.. Resolver la ecuación resultante, para encontrar los puntos críticos de f(x): x, x, x,..., donde podría tener un máximo, un mínimo o un punto de inflexión. 4. Dividir el eje X en intervalos, como lo hicimos antes para analizar el carácter creciente, decreciente o constante de una función. 5. Dar valores a x en cada uno de los intervalos. 6. Evaluar la primera derivada en cada uno de esos valores. 7. Observar los cambios de signo que sufre f (x) de un intervalo al siguiente y tomar una decisión con base en el criterio anterior.. Calcular el valor extremo o punto de inflexión, evaluando f(x) en cada punto crítico. Ejemplos Completar lo que se pide en cada ejemplo: I. f(x) = x x +. f (x) =.. x 6x = 0.. x 6x = x ( - ) = 0, de donde x = y x =. 4. Los valores 0 y dividen al eje X en los,0,,. intervalos ajenos ( ), ( 0 ) y ( ) 5 y 6. Para dar valores a x en cada uno de esos intervalos, podemos hacer una tabla como ésta: Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4-5
3 Intervalo (,0) ( 0,) (, ) Valor de x - Valor de f (x) 9-9 Signo de f (x) De acuerdo con el criterio de la primera derivada: a) En x = 0, f(x) tiene un máximo, porque f (x) cambió de positiva a negativa. b) En x =, f(x) tiene un mínimo, porque f (x) cambió de negativa a positiva.. El valor máximo de f(x), en x = 0 es f(0) = 0 (0 ) + =. El valor mínimo de f(x), en x = es f() = ( ) + = -. II. f(x)= (x 4). f (x) =.. (x 4) = 0.. (x x + 6) = 0, de donde x =. 4. El valor 4 divide al eje X en dos intervalos ajenos: (,4) y (, ) 5 y Intervalo (,4) ( 4, ) Valor de x 5 Valor de f (x) Signo de f (x) f(x) no tiene ni máximo ni mínimo porque f (x) no cambia de signo. f(x) es creciente antes y después del punto crítico, tiene un punto de inflexión.. Las coordenadas del punto de inflexión son f(4) = (4 4) = 0, (4,0). III. f(x) = x 4x + 5. f (x) =. x 4 = 0.. De donde x =. 4. El valor divide al eje X en dos intervalos ajenos: (,) y (, ). Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4-6
4 5 y 6. Intervalo (,) (, ) Valor de x 0 5 Valor de f (x) -4 6 Signo de f (x) f(x) tiene un mínimo porque f (x) cambió de negativa a positiva.. El valor mínimo de f min (x) es f() = 4() + 5 =. IV. f ( x) = x +, 0 x. f (x) =. = 0 x. = 0, =, x =, x = ± ; x =, x =. x x 4. Los valores y dividen al eje X en intervalos: (, ), (,) y (, ), sin embargo, como f(x) no está definida en x = 0, el intervalo (, ) debe descomponerse en dos, de manera que los intervalos a analizar son: (, ), (,0 ), ( 0,) y (, ). 5 y 6. Intervalo (, ) (,0 ) ( 0,) (, ) Valor de x - Valor de f (x) Signo de f (x) f(x) tiene un máximo en x = - y un mínimo en x =.. Los valores extremos son f(-) = + =, f() = + = Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4-7
5 V. f ( x) =. x +. f (x) =. 6x ( x + ) = 0.. Puesto que ( ) 6x que ( x + ) x + siempre será mayor que cero, la única posibilidad de = 0 es que -6x =0,,de donde x = El valor x = 0 divide al eje X en dos intervalos: (,0) y ( 0, ) 5 y 6. Intervalo (,0) ( 0, ) Valor de x - Valor de f (x) Signo de f (x) f(x) tiene un máximo en x = 0.. El valor máximo es f max ( 0) = = 0 + VI. f(x) = - x 5 + 5x +. f (x) =. 5x 4 + 5x = 0. 5x (x ) = 0, x = 0, x = y x = Los valores, 0 y dividen al eje X en cuatro intervalos: (, ), (,0 ), ( 0,) y (, ). Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4 -
6 5 y 6. Intervalo (, ) (,0 ) ( 0,) (, ) Valor de x - Valor de f (x) Signo de f (x) f(x) tiene un mínimo en x = -, un punto de inflexión en x = 0 y un máximo en x =.. f(-) = -; inflexión f(0) =, (0,); f() = 4 6. f ( x) = x x + x 7. f ( x) = x 4 x. f ( x) = x( x) Ejercicio Aplicando el criterio de la primera derivada, encontrar los valores extremos y puntos de inflexión de cada una de estas funciones.. f(x) = - x + 6x +. f(x) = x - x. f(x) = x +x - x 4. f(x) = x - 6x f(x) = x - x + Unidad 4 Comportamiento Gráfico y Problemas de Optimización 4-9
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