Teoría y aplicaciones de las derivadas
Definición de derivada, derivabilidad, interpretación geométrica, cálculo de máximos y mínimos, problemas de optimización y rectas tangente y normal.
Definición de derivada
Derivada de una función en un punto
La derivada de la función en un punto es el valor del límite del cociente entre el incremento de la función y el incremento de la variable cuando este tiende a .
La derivada de la función en un punto es el valor del límite del cociente entre el incremento de la función y el incremento de la variable cuando este tiende a .
Derivada de una función en un punto
La derivada de la función en un punto es el valor del límite del cociente entre el incremento de la función y el incremento de la variable cuando este tiende a .
La derivada de la función en un punto es el valor del límite del cociente entre el incremento de la función y el incremento de la variable cuando este tiende a .
Ejemplo: Derivada de en
Derivadas laterales de una función en un punto
Derivada por la izquierda:
Derivada por la derecha:
Definición. Derivada de una función. Función derivada
La función derivada de una función es otra función que asocia a cada número real su derivada, si existe.
La función derivada de una función es otra función que asocia a cada número real su derivada, si existe.
Derivabilidad de una función
Una función es derivable en si es continua y existen las derivadas laterales y coinciden.
Una función es derivable en si es continua y existen las derivadas laterales y coinciden.
Como en la continuidad, estudiar la derivabilidad consiste en decidir en qué puntos la función es derivable, analizando el dominio de la función, y si la función es a trozos, estudiar los puntos donde cambia de función.
Ejemplo. Estudiar la derivabilidad de la función:
Ejemplo. Estudiar la derivabilidad de la función:
Ambos trozos son polinómicos, por lo que son continuos y derivables en sus intervalos. Estudiamos la continuidad y derivabilidad en donde cambia la función.
1. Continuidad en x=1:
1. Continuidad en x=1:
2. Derivabilidad en x=1:
Ambas derivadas coinciden, por lo tanto es derivable en
Interpretación geométrica de la derivada
La derivada de una función en un punto coincide con la pendiente de la recta tangente a la curva en ese punto.
Máximos y mínimos relativos
También llamados puntos críticos: puntos donde la tangente es horizontal, es decir donde la derivada se anula:
También llamados puntos críticos: puntos donde la tangente es horizontal, es decir donde la derivada se anula:
Las soluciones, , son los puntos candidatos a máximos y mínimos. Se comprueban en la 2ª derivada:
Aplicación a problemas de optimización. Método:
- Determinar la variable objetivo que hay que maximizar o minimizar. Esto se deduce de la lectura del enunciado.
- Expresar en forma de función el objetivo propuesto.
- Calculamos el máximo o mínimo buscado utilizando el criterio anterior, igualar a 0 la derivada .
Ejemplo: Calcula dos números cuya suma es 20 y el producto el máximo posible.
1) El objetivo es el producto de dos números e :
2) Necesitamos poner esta función en una sola variable. Sabemos que , luego , entonces:
3) Derivamos e igualamos a 0:
Aplicamos el criterio de la segunda derivada:
Como , hay un máximo en , y su valor es .
1) El objetivo es el producto de dos números e :
2) Necesitamos poner esta función en una sola variable. Sabemos que , luego , entonces:
3) Derivamos e igualamos a 0:
Aplicamos el criterio de la segunda derivada:
Como , hay un máximo en , y su valor es .
Ecuaciones de la recta tangente y normal
Ecuación de la recta tangente
Ecuación de la recta tangente
La tangente a una función en un punto tiene la misma pendiente que la función, y es precisamente la derivada de la función en dicho punto:
Entonces, la recta tangente a una curva en un punto es aquella que pasa por el punto y cuya pendiente es igual a . La ecuación de la recta tangente viene dada por la siguiente expresión:
Entonces, la recta tangente a una curva en un punto es aquella que pasa por el punto y cuya pendiente es igual a . La ecuación de la recta tangente viene dada por la siguiente expresión:
Ecuación de la recta normal
La pendiente de la recta normal a una curva en un punto es la opuesta de la inversa de la pendiente de la recta tangente, por ser rectas perpendiculares entre sí.
Entonces, la ecuación de la recta normal a una curva en un punto tiene la ecuación:
Entonces, la ecuación de la recta normal a una curva en un punto tiene la ecuación: