Matemáticas IIFácil2 pts

Integrales

Castilla y León · 2023 · Julio
Enunciado
Dadas las funciones f(x)=−x2f(x) = -x^2 y g(x)=x3g(x) = x^3.

a) (1 punto) Comprobar que las gráficas de dichas funciones en [−1,0][-1,0] sólo se cortan para x=−1x = -1 y x=0x = 0. Demostrar que en [−1,0][-1,0] g(x)≥f(x)g(x) \geq f(x).

b) (1 punto) Hallar el área del recinto limitado por las gráficas de dichas funciones.
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Resultado
a) Cortes en x=−1 y x=0;  g(x)−f(x)=x2(x+1)≥0 en [−1,0]\boxed{\text{a) Cortes en } x = -1 \text{ y } x = 0;\ \ g(x) - f(x) = x^2(x + 1) \geq 0 \text{ en } [-1, 0]}b) Aˊrea=112 u2\boxed{\text{b)}\ \text{Área} = \frac{1}{12} \ \text{u}^2}
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Estrategia

Todo sale de la diferencia g(x)−f(x)=x3+x2=x2(x+1)g(x) - f(x) = x^3 + x^2 = x^2(x + 1): sus raíces son los puntos de corte y su signo dice qué gráfica va por encima. Como x2≥0x^2 \geq 0 y x+1≥0x + 1 \geq 0 en [−1,0][-1, 0], la diferencia es no negativa ahí.

En b) el recinto está entre los dos cortes, x=−1x = -1 y x=0x = 0, con gg por encima, así que el área es ∫−10(g−f) dx\int_{-1}^{0} (g - f)\, dx.
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Desarrollo

a) Las gráficas se cortan donde g(x)=f(x)g(x) = f(x):x3=−x2  ⟺  x3+x2=0  ⟺  x2(x+1)=0  ⟺  x=0 o x=−1x^3 = -x^2 \iff x^3 + x^2 = 0 \iff x^2(x + 1) = 0 \iff x = 0 \ \text{o}\ x = -1Son las únicas soluciones en todo R\mathbb{R}, así que en [−1,0][-1, 0] las gráficas solo se cortan en x=−1x = -1 (punto (−1,−1)(-1, -1)) y en x=0x = 0 (punto (0,0)(0, 0)).

Para la desigualdad estudiamos el signo de la diferencia:g(x)−f(x)=x2(x+1)g(x) - f(x) = x^2(x + 1)Si x∈[−1,0]x \in [-1, 0], entonces x2≥0x^2 \geq 0 y x+1≥0x + 1 \geq 0, luego su producto es ≥0\geq 0. Por tantog(x)−f(x)≥0  ⟺  g(x)≥f(x)para todo x∈[−1,0]g(x) - f(x) \geq 0 \iff g(x) \geq f(x) \quad \text{para todo } x \in [-1, 0]con igualdad solo en x=−1x = -1 y x=0x = 0. (Por ejemplo, en x=−12x = -\frac{1}{2}: g=−18>f=−14g = -\frac{1}{8} > f = -\frac{1}{4}.)

b) Como las gráficas solo se cortan en x=−1x = -1 y x=0x = 0, el recinto limitado por ellas está comprendido entre esas abscisas, y en él g≥fg \geq f (apartado a). Su área esAˊrea=∫−10(g(x)−f(x)) dx=∫−10(x3+x2) dx=[x44+x33]−10\text{Área} = \int_{-1}^{0} \bigl(g(x) - f(x)\bigr)\, dx = \int_{-1}^{0} (x^3 + x^2)\, dx = \left[\frac{x^4}{4} + \frac{x^3}{3}\right]_{-1}^{0}=0−(14−13)=112 u2≈0,0833 u2= 0 - \left(\frac{1}{4} - \frac{1}{3}\right) = \frac{1}{12} \ \text{u}^2 \approx 0{,}0833 \ \text{u}^2Comprobación: el resultado es positivo, como debe ser al integrar g−f≥0g - f \geq 0.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Factoriza la diferencia g−fg - f: de una sola expresión salen los puntos de corte y qué función va por encima, y con eso la integral se plantea sin miedo al signo.

«Demostrar que g≥fg \geq f» pide un razonamiento válido para todo el intervalo, no probar con un par de valores: el producto de dos factores no negativos lo resuelve en una línea.
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