Matemáticas IIMedio2,5 pts

Integrales

También trata: Derivadas y aplicaciones
Comunidad de Madrid · 2019 · Junio (coincidentes) · Opción B
Enunciado
Dada la función f(x)=12(x−1)f(x) = \dfrac{1}{2(x - 1)}, se pide:

a) (1,25 puntos) Determinar las asíntotas de la curva y=f(x)y = f(x) y estudiar los intervalos de crecimiento y de decrecimiento de f(x)f(x).

b) (1,25 puntos) Calcular el área del recinto acotado limitado por la curva y=f(x)y = f(x) y la recta 2x+4y=72x + 4y = 7.
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Resultado
a) A. V.: x=1; A. H.: y=0; f decreciente en (−∞,1) y en (1,+∞)\boxed{\text{a)}\ \text{A. V.: } x = 1;\ \text{A. H.: } y = 0;\ f \text{ decreciente en } (-\infty, 1) \text{ y en } (1, +\infty)}b) Aˊrea=1516−ln⁡2≈0,2444 u2\boxed{\text{b)}\ \text{Área} = \frac{15}{16} - \ln 2 \approx 0{,}2444\ \text{u}^2}
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Estrategia

ff es una hipérbola: la asíntota vertical está donde se anula el denominador y, como el numerador es constante, la horizontal es y=0y = 0. Para la monotonía basta el signo de f′f', que aquí es siempre el mismo.

En b), primero los puntos de corte de la curva con la recta (salen de una ecuación de segundo grado), luego ver cuál de las dos va por encima entre ellos y, por último, integrar «la de arriba menos la de abajo». La integral de 1x−1\frac{1}{x - 1} es un logaritmo, así que el área no será un número racional.
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Desarrollo

a) El dominio es R∖{1}\mathbb{R} \setminus \{1\}.

Asíntota vertical x=1x = 1:lim⁡x→1−12(x−1)=−∞,lim⁡x→1+12(x−1)=+∞\lim_{x \to 1^-} \frac{1}{2(x - 1)} = -\infty, \qquad \lim_{x \to 1^+} \frac{1}{2(x - 1)} = +\inftyAsíntota horizontal y=0y = 0 (por los dos lados):lim⁡x→±∞12(x−1)=0\lim_{x \to \pm\infty} \frac{1}{2(x - 1)} = 0Al tener asíntota horizontal en ±∞\pm\infty, no tiene asíntotas oblicuas.

Monotonía. Como f(x)=12(x−1)−1f(x) = \frac{1}{2}(x - 1)^{-1},f′(x)=−12(x−1)2<0para todo x≠1f'(x) = -\frac{1}{2(x - 1)^2} < 0 \quad \text{para todo } x \neq 1ff es decreciente en (−∞,1)(-\infty, 1) y en (1,+∞)(1, +\infty), y no tiene extremos relativos. (Ojo: no es decreciente en la unión: f(0)=−12<f(2)=12f(0) = -\frac{1}{2} < f(2) = \frac{1}{2}.)

b) La recta es y=7−2x4y = \dfrac{7 - 2x}{4}. Puntos de corte con la curva:12(x−1)=7−2x4  ⟺  4=2(x−1)(7−2x)  ⟺  2=−2x2+9x−7  ⟺  2x2−9x+9=0\frac{1}{2(x - 1)} = \frac{7 - 2x}{4} \iff 4 = 2(x - 1)(7 - 2x) \iff 2 = -2x^2 + 9x - 7 \iff 2x^2 - 9x + 9 = 0x=9±81−724=9±34⇒x=32,x=3x = \frac{9 \pm \sqrt{81 - 72}}{4} = \frac{9 \pm 3}{4} \Rightarrow x = \frac{3}{2},\quad x = 3Los puntos son (32,1)\left(\frac{3}{2}, 1\right) y (3,14)\left(3, \frac{1}{4}\right) (en los dos, curva y recta dan lo mismo ✓). Entre ellos, en x=2x = 2: la recta vale 34\frac{3}{4} y la curva 12\frac{1}{2}, así que la recta va por encima. El recinto acotado está en x>1x > 1 (en x<1x < 1 la curva es negativa y la recta positiva, y no se cortan), y su área esAˊrea=∫3/23(7−2x4−12(x−1))dx=[7x−x24−12ln⁡(x−1)]3/23\text{Área} = \int_{3/2}^{3}\left(\frac{7 - 2x}{4} - \frac{1}{2(x - 1)}\right)dx = \left[\frac{7x - x^2}{4} - \frac{1}{2}\ln(x - 1)\right]_{3/2}^{3}En x=3x = 3: 21−94−12ln⁡2=3−12ln⁡2\frac{21 - 9}{4} - \frac{1}{2}\ln 2 = 3 - \frac{1}{2}\ln 2. En x=32x = \frac{3}{2}: 212−944−12ln⁡12=3316+12ln⁡2\frac{\frac{21}{2} - \frac{9}{4}}{4} - \frac{1}{2}\ln\frac{1}{2} = \frac{33}{16} + \frac{1}{2}\ln 2. Restando:Aˊrea=3−12ln⁡2−3316−12ln⁡2=1516−ln⁡2≈0,2444 u2\text{Área} = 3 - \frac{1}{2}\ln 2 - \frac{33}{16} - \frac{1}{2}\ln 2 = \frac{15}{16} - \ln 2 \approx 0{,}2444\ \text{u}^2(Positiva, como debe ser: 1516=0,9375>ln⁡2≈0,6931\frac{15}{16} = 0{,}9375 > \ln 2 \approx 0{,}6931.)
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Consejo

Una función puede ser decreciente en cada intervalo de su dominio sin serlo en la unión: escribe los intervalos por separado, no «(−∞,1)∪(1,+∞)(-\infty, 1) \cup (1, +\infty)» como si fuera uno.

En los recintos entre curva y recta, comprueba con un valor intermedio cuál va arriba antes de integrar. Y al aplicar Barrow con logaritmos, cuidado con el signo de ln⁡12=−ln⁡2\ln\frac{1}{2} = -\ln 2.
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