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5° Naturales · Matemática
Derivadas · Derivada

Interpretación gráfica de la derivada

Te conviene dominar: Ecuación punto-pendiente de la recta (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))

Valentina sube en bici por una calle de la Patagonia y quiere saber cuánta pendiente tiene justo en el lugar donde está parada, no en promedio. Si conocés $f'(a)$, sabés muchísimo sobre la gráfica de $f$ cerca de $x=a$: su inclinación exacta, si sube o baja, y podés dibujar la recta que mejor la aproxima en ese punto. Este apartado conecta el número $f'(a)$ con el dibujo.

La derivada como pendiente de la recta tangente

Reglas de derivación que vas a necesitar

Algunos ejercicios usan funciones que no son polinomios. Estas son las reglas básicas (se estudian con más detalle en otros apartados del capítulo):

Función Derivada
$x^n$ $n\,x^{n-1}$ (vale también para $\sqrt{x}=x^{1/2}$)
$k\cdot f(x)$ y sumas $k\cdot f'(x)$; la derivada de una suma es la suma de las derivadas
$\dfrac{u(x)}{v(x)}$ $\dfrac{u'(x)\,v(x)-u(x)\,v'(x)}{\left(v(x)\right)^2}$
$e^{kx}$ $k\,e^{kx}$ (regla de la cadena: se multiplica por la derivada del exponente)
$\ln x$ $\dfrac{1}{x}$
$\sqrt{u(x)}$ $\dfrac{u'(x)}{2\sqrt{u(x)}}$
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Calcula la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función $f(x) = x^2 - 4x + 5$ en el punto de abscisa $x = 3$.

Calcula la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función $f(x) = x^2 - 4x + 5$ en el punto de abscisa $x = 3$.

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Halla la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función racional $f(x) = \frac{2x+1}{x-3}$ en el punto exacto donde dicha gráfica interseca al eje de ordenadas.

Halla la ecuación de la recta tangente a la gráfica de la función racional $f(x) = \frac{2x+1}{x-3}$ en el punto exacto donde dicha gráfica interseca al eje de ordenadas.

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El número de suscriptores de un canal de ciencia en una plataforma de video crece según la función exponencial $S(t) = 500 e^{0,2t}$, donde $t$ se mide en semanas. Hallá…

El número de suscriptores de un canal de ciencia en una plataforma de video crece según la función exponencial $S(t) = 500 e^{0,2t}$, donde $t$ se mide en semanas. Hallá la ecuación de la recta tangente a la curva en el instante $t = 5$ y utilizala para estimar de forma lineal el número de suscriptores en $t = 6$.

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Puntos con una pendiente dada

A veces el dato es la pendiente y hay que encontrar el punto. Se resuelve la ecuación $f'(x) = m$.

Un caso especial es la tangente horizontal: pendiente $0$, es decir $f'(x)=0$.

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Encuentra las coordenadas de los puntos de la curva $f(x) = \frac{x^3}{3} - 2x^2 + 3x$ en los que la recta tangente es horizontal.

Encuentra las coordenadas de los puntos de la curva $f(x) = \frac{x^3}{3} - 2x^2 + 3x$ en los que la recta tangente es horizontal.

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Determina en qué punto exacto de la gráfica de la función con radicales $f(x) = \sqrt{x+4}$ la recta tangente tiene una pendiente igual a $m = \frac{1}{4}$.

Determina en qué punto exacto de la gráfica de la función con radicales $f(x) = \sqrt{x+4}$ la recta tangente tiene una pendiente igual a $m = \frac{1}{4}$.

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Determina las coordenadas de los puntos de la curva definida por $f(x) = \frac{x^3}{3} - \frac{x^2}{2} - x + 1$ en los que su recta tangente forma un ángulo exacto de…

Determina las coordenadas de los puntos de la curva definida por $f(x) = \frac{x^3}{3} - \frac{x^2}{2} - x + 1$ en los que su recta tangente forma un ángulo exacto de $45^\circ$ con el semieje positivo de abscisas.

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La recta normal: perpendicular a la tangente

Gráfica de una parábola con su recta tangente y su recta normal, perpendiculares entre sí, en un mismo punto de la curva tangente normal
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Determina la ecuación de la recta normal a la curva $f(x) = x^3 - 2x$ en el punto de abscisa $x = -1$.

Determina la ecuación de la recta normal a la curva $f(x) = x^3 - 2x$ en el punto de abscisa $x = -1$.

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Un rayo de luz incide sobre un espejo parabólico cuya sección transversal responde a la función $f(x) = \frac{1}{4}x^2$. Si el rayo impacta en el punto de abscisa…

Un rayo de luz incide sobre un espejo parabólico cuya sección transversal responde a la función $f(x) = \frac{1}{4}x^2$. Si el rayo impacta en el punto de abscisa $x = 2$, halla la ecuación de la recta normal a la superficie en ese punto (la cual es fundamental en óptica geométrica para calcular el ángulo de reflexión).

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Calcula el área exacta del triángulo formado por el eje de abscisas, la recta tangente y la recta normal a la curva logarítmica $f(x) = \ln(x)$ en el punto de abscisa…

Calcula el área exacta del triángulo formado por el eje de abscisas, la recta tangente y la recta normal a la curva logarítmica $f(x) = \ln(x)$ en el punto de abscisa $x = e$.

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Leer el signo de $f'(x)$ en una gráfica

Parábola con tres rectas tangentes: a la izquierda con pendiente positiva, en la cima horizontal y a la derecha con pendiente negativa f' > 0 f' = 0 f' < 0

Deducir $f'(x)$ a partir de la gráfica de una cuadrática

Si $f$ es cuadrática, $f'$ es una función lineal: $f'(x)=2ax+b$. Para hallarla alcanzan dos datos que se leen en el dibujo: dónde se anula $f'$ (en el vértice, donde la tangente es horizontal) y cuánto vale la pendiente $2a$.

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Observa la gráfica de la función $f(x)$ y la recta tangente trazada en el punto de abscisa $x = 1$. A partir de las coordenadas de los puntos $A$ y $B$ indicados sobre…

Observa la gráfica de la función $f(x)$ y la recta tangente trazada en el punto de abscisa $x = 1$. A partir de las coordenadas de los puntos $A$ y $B$ indicados sobre la recta, determina el valor de la derivada $f'(1)$.

X Y f(x) A B 1 2 3 5
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Observa la gráfica de la función polinómica $f(x)$. Sin calcular su expresión analítica, determina el signo de la derivada $f'(x)$ en los puntos de abscisa $x = -2$,…

Observa la gráfica de la función polinómica $f(x)$. Sin calcular su expresión analítica, determina el signo de la derivada $f'(x)$ en los puntos de abscisa $x = -2$, $x = 0$ y $x = 2$, indicando si en dichos puntos la función es creciente o decreciente.

X Y f(x) A B C −2 2
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La figura muestra la gráfica de una función cuadrática $f(x)$. A partir de sus elementos geométricos visibles (vértice y puntos de corte), deduce la expresión analítica…

La figura muestra la gráfica de una función cuadrática $f(x)$. A partir de sus elementos geométricos visibles (vértice y puntos de corte), deduce la expresión analítica de su función derivada $f'(x)$.

X Y f(x) 1 2 3 3 −1
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De la gráfica de $f'$ a la gráfica de $f$

Un tipo de ejercicio frecuente da la gráfica de $f'(x)$, no la de $f(x)$, y pide deducir cómo es $f$: dónde crece, dónde decrece y dónde tiene extremos.

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La figura muestra la gráfica de la función derivada $f'(x)$ de una cierta función polinómica $f(x)$. A partir de ella, determina analíticamente los intervalos de…

La figura muestra la gráfica de la función derivada $f'(x)$ de una cierta función polinómica $f(x)$. A partir de ella, determina analíticamente los intervalos de crecimiento y decrecimiento de la función original $f(x)$, e indica las abscisas en las que $f(x)$ presenta sus extremos relativos.

X Y f'(x) −2 2
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Punto de inflexión y derivada segunda

Que $f'$ crezca o decrezca también dice algo de $f$: cómo se curva. La derivada de $f'$ se llama derivada segunda, $f''$.

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La figura representa la gráfica de la función derivada $f'(x)$ (compuesta por dos segmentos rectos) de una función continua $f(x)$. Basándote exclusivamente en esta…

La figura representa la gráfica de la función derivada $f'(x)$ (compuesta por dos segmentos rectos) de una función continua $f(x)$. Basándote exclusivamente en esta gráfica, identifica las abscisas de los extremos relativos de $f(x)$ clasificándolos en máximos o mínimos, e indica la abscisa del punto de inflexión de la función original.

X Y f'(x) −1 2 2

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

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Sea la función $f(x) = x^3 - 3x^2 + kx$. Determina el valor del parámetro $k$ sabiendo que la recta tangente a la gráfica de $f(x)$ en su punto de inflexión es paralela…

Sea la función $f(x) = x^3 - 3x^2 + kx$. Determina el valor del parámetro $k$ sabiendo que la recta tangente a la gráfica de $f(x)$ en su punto de inflexión es paralela a la recta bisectriz del segundo y cuarto cuadrante.

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Rectas tangentes con condiciones

A veces hay que encontrar tangentes que cumplan una condición: ser paralelas a una recta dada, pasar por un punto que no está en la curva, o ajustar parámetros para que la gráfica pase por ciertos puntos con una pendiente concreta.

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La trayectoria de un dron de inspección en un plano vertical sigue la curva definida por $y = x^3 - 6x^2 + 9x + 2$, donde $x$ e $y$ se miden en metros. Determina en qué…

La trayectoria de un dron de inspección en un plano vertical sigue la curva definida por $y = x^3 - 6x^2 + 9x + 2$, donde $x$ e $y$ se miden en metros. Determina en qué puntos de su recorrido la dirección de su movimiento es paralela a la recta de ecuación $y = -3x + 5$.

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Dadas las funciones polinómicas $f(x) = x^2 - 3x + 2$ y $g(x) = -x^2 + 7x - 6$, halla primero los puntos de intersección de sus gráficas. A continuación, calcula la…

Dadas las funciones polinómicas $f(x) = x^2 - 3x + 2$ y $g(x) = -x^2 + 7x - 6$, halla primero los puntos de intersección de sus gráficas. A continuación, calcula la ecuación de la recta tangente a la función $f(x)$ en el punto de intersección que tenga mayor abscisa.

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Halla las ecuaciones de todas las rectas tangentes a la curva $f(x) = x^2 - 2x + 3$ que pasan por el origen de coordenadas $(0,0)$. Nota: ten en cuenta que el origen no…

Halla las ecuaciones de todas las rectas tangentes a la curva $f(x) = x^2 - 2x + 3$ que pasan por el origen de coordenadas $(0,0)$. Nota: ten en cuenta que el origen no pertenece a la curva.

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Demuestra algebraicamente que la gráfica de la función racional $f(x) = \frac{x^2 + x + 1}{x-1}$ no tiene en todo su dominio ninguna recta tangente que sea paralela a la…

Demuestra algebraicamente que la gráfica de la función racional $f(x) = \frac{x^2 + x + 1}{x-1}$ no tiene en todo su dominio ninguna recta tangente que sea paralela a la recta de ecuación $y = 2x$.

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Parámetros y condiciones sobre la derivada

Cuando la función tiene letras (parámetros), cada dato geométrico da una ecuación:

  • «pasa por $(x_0; y_0)$» $\Rightarrow f(x_0)=y_0$;

  • «la tangente tiene pendiente $m$ en $x_0$» $\Rightarrow f'(x_0)=m$;

  • «extremo relativo en $x_0$» $\Rightarrow f'(x_0)=0$;

  • «tangente común de dos curvas en $x_0$» $\Rightarrow f(x_0)=g(x_0)$ y $f'(x_0)=g'(x_0)$;

  • «unión suave» de dos tramos en $x_0$: misma ordenada y misma derivada.

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Un arquitecto está diseñando el arco principal de un puente que sigue la forma de una parábola de ecuación $f(x) = ax^2 + bx + c$. Se sabe que el arco pasa por el punto…

Un arquitecto está diseñando el arco principal de un puente que sigue la forma de una parábola de ecuación $f(x) = ax^2 + bx + c$. Se sabe que el arco pasa por el punto $(0, 5)$ y que en el punto $(2, 9)$ la recta tangente tiene por ecuación $y = 4x + 1$. Calcula los valores exactos de los parámetros $a$, $b$ y $c$.

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En el diseño de una carretera de montaña, un tramo recto dado por la ecuación $y = 2x$ (para $x \le 1$) debe unirse suavemente a otro tramo recto de ecuación…

En el diseño de una carretera de montaña, un tramo recto dado por la ecuación $y = 2x$ (para $x \le 1$) debe unirse suavemente a otro tramo recto de ecuación $y = -x + 6$ (para $x \ge 3$) mediante una curva de transición parabólica $f(x) = ax^2 + bx + c$ definida estrictamente en el intervalo $[1, 3]$. Calcula los valores de $a$, $b$ y $c$ para que la carretera sea continua y derivable en ambos puntos de conexión ($x=1$ y $x=3$).

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Determina los valores exactos de los parámetros $a$, $b$, $c$ y $d$ para que la función cúbica $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ tenga un extremo relativo en el punto…

Determina los valores exactos de los parámetros $a$, $b$, $c$ y $d$ para que la función cúbica $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ tenga un extremo relativo en el punto $(0, 2)$ y su recta tangente en el punto $(1, 0)$ sea estrictamente paralela a la recta $y = -3x$.

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Determina para qué conjunto de valores del parámetro $k$ la función racional $f(x) = \frac{x^2 + kx + 1}{x-2}$ carece de rectas tangentes horizontales en cualquier punto…

Determina para qué conjunto de valores del parámetro $k$ la función racional $f(x) = \frac{x^2 + kx + 1}{x-2}$ carece de rectas tangentes horizontales en cualquier punto de su dominio.

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Las gráficas de las funciones cuadráticas $f(x) = x^2 + ax + b$ y $g(x) = -x^2 + 2x - 1$ son tangentes entre sí en el punto de abscisa $x = 1$ (es decir, comparten el…

Las gráficas de las funciones cuadráticas $f(x) = x^2 + ax + b$ y $g(x) = -x^2 + 2x - 1$ son tangentes entre sí en el punto de abscisa $x = 1$ (es decir, comparten el mismo punto y la misma recta tangente en dicho punto). Calcula los valores de $a$ y $b$, y proporciona la ecuación de dicha recta tangente común.

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Resumen

Volvé al principio: la pendiente que siente Valentina en un punto exacto de la calle es $f'(a)$, la pendiente de la recta tangente.

Ver todos los ejercicios de este apartado