Matemáticas IIFácil2 pts

Límites y continuidad

Castilla y León · 2024 · Julio
Enunciado
Dada la función f(x)=ex+x3−2f(x) = e^x + x^3 - 2, demostrar que f(x)f(x) se anula para algún valor de xx y que ese valor es único.
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Resultado
  Existe un uˊnico c∈R con f(c)=0, y c∈(0,1) (c≈0,587)  \boxed{\;\text{Existe un único } c \in \mathbb{R} \text{ con } f(c) = 0, \text{ y } c \in (0, 1)\ (c \approx 0{,}587)\;}
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Estrategia

Son dos afirmaciones distintas y cada una tiene su herramienta. La existencia del cero sale del teorema de Bolzano: buscamos un intervalo [a,b][a, b] donde ff sea continua y cambie de signo. La unicidad sale de la monotonía: si f′(x)>0f'(x) > 0 para todo xx, la función es estrictamente creciente y no puede cortar dos veces al eje.
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Desarrollo

Existencia (teorema de Bolzano). ff es suma de una exponencial y un polinomio, así que es continua en todo R\mathbb{R} y, en particular, en [0,1][0, 1]. Evaluamos en los extremos:f(0)=e0+0−2=−1<0,f(1)=e+1−2=e−1≈1,718>0f(0) = e^0 + 0 - 2 = -1 < 0, \qquad f(1) = e + 1 - 2 = e - 1 \approx 1{,}718 > 0ff es continua en [0,1][0, 1] y f(0)⋅f(1)<0f(0)\cdot f(1) < 0. Por el teorema de Bolzano, existe c∈(0,1)c \in (0, 1) con f(c)=0f(c) = 0.

Unicidad (monotonía). Derivamos:f′(x)=ex+3x2f'(x) = e^x + 3x^2Para todo x∈Rx \in \mathbb{R}, ex>0e^x > 0 y 3x2≥03x^2 \ge 0, luego f′(x)>0f'(x) > 0. Por tanto ff es estrictamente creciente en todo R\mathbb{R}: si x1<x2x_1 < x_2, entonces f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2), y no puede haber dos valores distintos con f(x1)=f(x2)=0f(x_1) = f(x_2) = 0.

(También se puede razonar por reducción al absurdo con el teorema de Rolle: si hubiera dos ceros x1<x2x_1 < x_2, como ff es continua y derivable, existiría d∈(x1,x2)d \in (x_1, x_2) con f′(d)=0f'(d) = 0, lo que es imposible porque f′>0f' > 0.)

Conclusión. ff se anula en un único punto cc, que además está en (0,1)(0, 1). Numéricamente, c≈0,587c \approx 0{,}587.
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Consejo

Bolzano solo garantiza que hay al menos un cero; para la unicidad necesitas otro argumento (monotonía o Rolle). Si no lo das, el ejercicio se queda en la mitad.

Escribe explícitamente las hipótesis: «ff es continua en [0,1][0, 1]» y «f(0)<0<f(1)f(0) < 0 < f(1)». Calcular los dos valores sin nombrar la continuidad es el descuento más habitual.
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