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5° Naturales · Matemática
Derivadas · Derivada

Tasa de variación media de una función

Te conviene dominar: Tasa de variación, tasa de variación media y tasa de crecimiento (4° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Superior))
Te conviene dominar: Funciones lineales y afines (3° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Básico))

Un colectivo tarda 2 horas y media en llegar de Rosario a Buenos Aires, unos 300 km: su velocidad media fue de 120 km/h, aunque frenó en peajes y aceleró en la autopista. La velocidad media resume todo el viaje en un solo número, pero no dice qué pasó en cada instante. Con cualquier función pasa lo mismo: la tasa de variación media mide cuánto cambia, en promedio, entre dos puntos. Al final de la página vas a ver por qué un solo promedio puede ocultar mucho, y cómo achicar el intervalo es el camino hacia la derivada.

Tasa de variación media: definición y cálculo

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Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = 3x - 5$ en el intervalo $[1, 4]$. ¿Coincide este valor con la pendiente de la recta que representa a la función?

Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = 3x - 5$ en el intervalo $[1, 4]$. ¿Coincide este valor con la pendiente de la recta que representa a la función?

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Halla la tasa de variación media de la función cuadrática $g(x) = x^2 - 4x + 1$ en los intervalos $[0, 2]$ y $[2, 4]$.

Halla la tasa de variación media de la función cuadrática $g(x) = x^2 - 4x + 1$ en los intervalos $[0, 2]$ y $[2, 4]$.

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Dada la función $h(t) = t^3 + 2t$, determina su tasa de variación media en el intervalo $[-1, 2]$.

Dada la función $h(t) = t^3 + 2t$, determina su tasa de variación media en el intervalo $[-1, 2]$.

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Interpretación geométrica: la recta secante

Gráfica de una curva cortada por la recta secante que une los puntos A y B: su pendiente es la tasa de variación media. A(a; f(a)) B(b; f(b)) pendiente de AB = TVM[a; b]

Esto vale para cualquier tipo de función: polinómica, racional o con raíces. Solo cambia la expresión que sustituís.

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Calcula la tasa de variación media de la función racional $f(x) = \frac{2x + 1}{x - 1}$ en el intervalo $[2, 5]$.

Calcula la tasa de variación media de la función racional $f(x) = \frac{2x + 1}{x - 1}$ en el intervalo $[2, 5]$.

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Encuentra la tasa de variación media de la función radical $p(x) = \sqrt{x + 3}$ en el intervalo $[1, 6]$.

Encuentra la tasa de variación media de la función radical $p(x) = \sqrt{x + 3}$ en el intervalo $[1, 6]$.

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Observa la gráfica de la función $f(x)$ representada en la figura. Calcula la tasa de variación media en el intervalo $[-2, 2]$. ¿Qué interpretación geométrica tiene…

Observa la gráfica de la función $f(x)$ representada en la figura. Calcula la tasa de variación media en el intervalo $[-2, 2]$. ¿Qué interpretación geométrica tiene este valor con respecto a la recta secante trazada?

X Y A B f(x) −2 2
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Dada la función $f(x) = -x^2 + 6x - 5$, halla la ecuación de la recta secante que pasa por los puntos de la gráfica con abscisas $x = 1$ y $x = 4$. ¿Qué relación tiene…

Dada la función $f(x) = -x^2 + 6x - 5$, halla la ecuación de la recta secante que pasa por los puntos de la gráfica con abscisas $x = 1$ y $x = 4$. ¿Qué relación tiene la pendiente de esta recta con la tasa de variación media en dicho intervalo?

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El siguiente gráfico muestra el volumen de agua $V(t)$, en litros, que contiene un depósito a lo largo de $8$ horas. A partir de los puntos destacados en la gráfica,…

El siguiente gráfico muestra el volumen de agua $V(t)$, en litros, que contiene un depósito a lo largo de $8$ horas. A partir de los puntos destacados en la gráfica, calcula la tasa de variación media del volumen en los intervalos $[0, 4]$ y $[4, 8]$. ¿En qué periodo el vaciado ha sido más rápido en promedio?

t V(t) 4 8 100 80 20
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La TVM en un intervalo genérico $[a; a+h]$

Para estudiar lo que pasa cerca de un punto $x=a$ conviene escribir el otro extremo como $a+h$, donde $h$ es el tamaño del paso. Así la TVM queda en función de $h$ y se puede ver qué ocurre al achicarlo.

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Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = \frac{1}{x}$ en el intervalo genérico $[a, a+h]$, simplificando la expresión resultante lo máximo posible.

Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = \frac{1}{x}$ en el intervalo genérico $[a, a+h]$, simplificando la expresión resultante lo máximo posible.

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Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = \sqrt{x+2}$ en el intervalo $[2, 2+h]$. A continuación, determina a qué valor se aproxima esta tasa de variación…

Calcula la tasa de variación media de la función $f(x) = \sqrt{x+2}$ en el intervalo $[2, 2+h]$. A continuación, determina a qué valor se aproxima esta tasa de variación cuando $h$ tiende a $0$.

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La TVM como velocidad media y otras magnitudes

Cuando $f$ da una posición en función del tiempo, la TVM es la velocidad media. La misma idea sirve para cualquier magnitud: temperatura, volumen de un tanque, ganancia de un negocio. La unidad de la TVM es (unidad de $y$) por (unidad de $x$): m/s, °C/min, pesos por mil pesos invertidos.

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La distancia en metros recorrida por un ciclista en función del tiempo en segundos viene dada por la expresión $d(t) = 2t^2 + 5t$. ¿Cuál ha sido su velocidad media entre…

La distancia en metros recorrida por un ciclista en función del tiempo en segundos viene dada por la expresión $d(t) = 2t^2 + 5t$. ¿Cuál ha sido su velocidad media entre los instantes $t = 2$ y $t = 5$?

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La temperatura en grados Celsius de un horno industrial evoluciona según la función $T(t) = 20 + 5t - t^2$, donde $t$ es el tiempo en minutos. Calcula la tasa de…

La temperatura en grados Celsius de un horno industrial evoluciona según la función $T(t) = 20 + 5t - t^2$, donde $t$ es el tiempo en minutos. Calcula la tasa de variación media de la temperatura en los primeros $3$ minutos.

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Los beneficios mensuales de una empresa, en miles de pesos, están dados por la función $B(x) = -2x^2 + 24x - 10$, donde $x$ es la cantidad invertida en publicidad en…

Los beneficios mensuales de una empresa, en miles de pesos, están dados por la función $B(x) = -2x^2 + 24x - 10$, donde $x$ es la cantidad invertida en publicidad en miles de pesos. Calculá la tasa de variación media del beneficio si la inversión en publicidad pasa de $3$ a $6$ miles de pesos, e interpretá el resultado.

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Desde lo alto de un acantilado se lanza verticalmente hacia arriba una bengala de salvamento. Su altura en metros respecto al nivel del mar tras $t$ segundos viene dada…

Desde lo alto de un acantilado se lanza verticalmente hacia arriba una bengala de salvamento. Su altura en metros respecto al nivel del mar tras $t$ segundos viene dada por $h(t) = 80 + 30t - 5t^2$. Determina la velocidad media de la bengala en los intervalos $[1, 3]$ y $[3, 5]$. ¿Qué indica el signo de los resultados obtenidos?

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Comparar tasas y casos especiales

No todas las funciones crecen igual. Comparar la TVM de dos funciones en el mismo intervalo dice cuál cambia más rápido en promedio en ese tramo, aunque en otro intervalo la comparación puede invertirse.

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Compara la tasa de variación media de las funciones $f(x) = 2^x$ y $g(x) = x^3$ en el intervalo $[2, 4]$. ¿Cuál de las dos funciones experimenta un mayor crecimiento…

Compara la tasa de variación media de las funciones $f(x) = 2^x$ y $g(x) = x^3$ en el intervalo $[2, 4]$. ¿Cuál de las dos funciones experimenta un mayor crecimiento medio en dicho intervalo?

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El número de bacterias en un cultivo de laboratorio tras $t$ horas se modeliza mediante la función $N(t) = 500 \cdot e^{0,2t}$. Calcula la tasa de variación media de la…

El número de bacterias en un cultivo de laboratorio tras $t$ horas se modeliza mediante la función $N(t) = 500 \cdot e^{0,2t}$. Calcula la tasa de variación media de la población en el intervalo de tiempo comprendido entre $t = 0$ y $t = 5$ horas. Expresa el resultado en función del número $e$.

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Demostrá analíticamente que la tasa de variación media de cualquier función afín $f(x) = mx + n$ en un intervalo arbitrario $[a, b]$ es siempre constante e igual a $m$.

Demostrá analíticamente que la tasa de variación media de cualquier función afín $f(x) = mx + n$ en un intervalo arbitrario $[a, b]$ es siempre constante e igual a $m$.

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La ley de enfriamiento de Newton establece que la temperatura de un objeto se acerca a la temperatura ambiente de forma exponencial. Un ingeniero modeliza la temperatura…

La ley de enfriamiento de Newton establece que la temperatura de un objeto se acerca a la temperatura ambiente de forma exponencial. Un ingeniero modeliza la temperatura de una pieza metálica en grados Celsius tras $t$ minutos mediante $T(t) = 25 + 150 \cdot (0,8)^t$. Calcula la tasa de variación media en los intervalos $[0, 5]$ y $[5, 10]$. ¿Qué conclusión extraes sobre el ritmo de enfriamiento a medida que pasa el tiempo?

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Problemas con parámetros y funciones a trozos

Cuando la TVM es un dato, se plantea una ecuación con la incógnita (un parámetro o un extremo del intervalo) y se resuelve.

Funciones a trozos

En una función a trozos, la TVM se calcula igual: se evalúa $f$ en cada extremo usando la rama que corresponde a ese valor. La fórmula solo usa los extremos, así que no exige que la función sea continua en el medio del intervalo.

Continuidad en un punto

Una función es continua en $x = c$ si su gráfica no se corta ahí. En una función a trozos con corte en $c$, se comprueba así: se calcula el valor $f(c)$ con la rama que incluye a $c$, y el valor al que se acerca la otra rama cuando $x$ se aproxima a $c$ (se reemplaza $c$ en su fórmula). Si los dos valores coinciden, la función es continua en $c$; si no, hay un salto.

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Determina el valor del parámetro $k$ para que la tasa de variación media de la función $f(x) = kx^2 - 3x + 2$ en el intervalo $[1, 3]$ sea igual a $5$.

Determina el valor del parámetro $k$ para que la tasa de variación media de la función $f(x) = kx^2 - 3x + 2$ en el intervalo $[1, 3]$ sea igual a $5$.

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La tasa de variación media de la función $f(x) = x^3 - 3x^2 + c$ en el intervalo $[1, b]$ es igual a $6$. Sabiendo que $b > 1$, determina el valor de $b$. ¿Depende el…

La tasa de variación media de la función $f(x) = x^3 - 3x^2 + c$ en el intervalo $[1, b]$ es igual a $6$. Sabiendo que $b > 1$, determina el valor de $b$. ¿Depende el resultado del valor de la constante $c$?

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Se sabe que una función cuadrática de la forma $f(x) = ax^2 + bx + 5$ tiene una tasa de variación media de $1$ en el intervalo $[0, 2]$ y de $9$ en el intervalo…

Se sabe que una función cuadrática de la forma $f(x) = ax^2 + bx + 5$ tiene una tasa de variación media de $1$ en el intervalo $[0, 2]$ y de $9$ en el intervalo $[2, 4]$. Plantea un sistema de ecuaciones y halla los valores de los parámetros $a$ y $b$.

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Considera la función $f(x) = \frac{4}{x}$. La recta secante a la gráfica de $f(x)$ que pasa por los puntos de abscisas $x = 1$ y $x = 4$ forma un triángulo rectángulo…

Considera la función $f(x) = \frac{4}{x}$. La recta secante a la gráfica de $f(x)$ que pasa por los puntos de abscisas $x = 1$ y $x = 4$ forma un triángulo rectángulo con los semiejes positivos de coordenadas. Calcula el área de dicho triángulo.

X Y A B f(x) 1 4
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Dada la función definida a trozos: $f(x) = \begin{cases} x^2 - 2x & \text{si } x \le 2 \\ \frac{4}{x} - 2 & \text{si } x > 2 \end{cases}$ Calcula la tasa de variación…

Dada la función definida a trozos:

$f(x) = \begin{cases} x^2 - 2x & \text{si } x \le 2 \\ \frac{4}{x} - 2 & \text{si } x > 2 \end{cases}$

Calcula la tasa de variación media en el intervalo $[0, 4]$. Comprueba si la función es continua en $x=2$ y razona si esto afecta al cálculo de la tasa de variación media.

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La fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y un satélite varía en función de la distancia $r$ (en miles de km) desde el centro de la Tierra según la expresión…

La fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y un satélite varía en función de la distancia $r$ (en miles de km) desde el centro de la Tierra según la expresión $F(r) = \frac{4 \cdot 10^5}{r^2}$. Calcula la tasa de variación media de la fuerza cuando la distancia pasa de $10$ a $20$ miles de km. Interpreta el significado del signo del resultado obtenido.

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Volvé al principio: los 120 km/h de promedio del colectivo son la TVM de la posición en ese tramo. Resume el viaje, pero no cuenta cómo cambió la velocidad en cada instante; para eso hay que achicar el intervalo, y ese es el camino hacia la derivada.

Resumen

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