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Funciones · Funciones

Conceptos básicos de funciones

Te conviene dominar: Concepto de función (grado octavo de Básica Secundaria)
Te conviene dominar: Ecuaciones de segundo grado (grado octavo de Básica Secundaria)

Cuando cargas la tarjeta de TransMilenio, el pasaje depende del viaje que haces. La factura de la luz depende de los kWh que consumiste, y la altura de un balón depende del tiempo que pasó desde que lo patearon. En cada caso hay dos cantidades unidas por una regla. En este apartado vas a aprender el lenguaje con el que se describe esa regla y a leer en ella el dominio, los interceptos, el crecimiento, los máximos y mínimos y las asíntotas. Al final volvemos al balón.

Función, imagen y preimagen

Esquema de una función como proceso que asigna a cada valor de entrada x un único valor de salida f(x) f y = f(x) x f(x) a cada x le corresponde un único f(x)

Dos palabras que vas a usar todo el curso:

  • La imagen de un valor $a$ es el número $f(a)$. Se obtiene sustituyendo.

  • La preimagen de un valor $b$ son los $x$ tales que $f(x) = b$. Se obtiene resolviendo una ecuación, y puede haber una, varias o ninguna.

Para modelizar, hay que identificar qué se elige (variable independiente) y qué se calcula (dependiente), y escribir la regla. Una tarifa con parte fija y parte variable da una función de la forma $y = \text{fijo} + \text{precio por unidad} \cdot x$. Por ejemplo, si una cancha de microfútbol cobra $\$20.000$ de reserva más $\$15.000$ por hora, el costo es $C(h) = 20.000 + 15.000h$. Aquí $h$ se elige y $C$ se calcula.

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Dada la función polinómica $f(x) = 2x^2 - 5x + 1$, calcula las imágenes para los valores $x = -2$, $x = 0$ y $x = 3$.

Dada la función polinómica $f(x) = 2x^2 - 5x + 1$, calcula las imágenes para los valores $x = -2$, $x = 0$ y $x = 3$.

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Un servicio de alquiler de bicicletas cobra una tarifa fija de $12\,000$ pesos por la inscripción al servicio, más $6\,000$ pesos por cada hora de uso. Escribe la…

Un servicio de alquiler de bicicletas cobra una tarifa fija de $12\,000$ pesos por la inscripción al servicio, más $6\,000$ pesos por cada hora de uso. Escribe la expresión algebraica de la función que relaciona el costo total con el tiempo de uso, e identifica cuál es la variable independiente y cuál la variable dependiente.

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Una empresa de taxis cobra $12\,000$ pesos por el banderazo y $4\,800$ pesos por cada kilómetro recorrido. a) Escribe la función que relaciona el precio total del…

Una empresa de taxis cobra $12\,000$ pesos por el banderazo y $4\,800$ pesos por cada kilómetro recorrido.

  1. a) Escribe la función que relaciona el precio total del trayecto con los kilómetros recorridos.
  2. b) ¿Cuál es el dominio de esta función teniendo en cuenta el contexto del problema?
  3. c) ¿Cuánto costará un trayecto de $15$ km?
  4. d) Si un cliente pagó $84\,000$ pesos, ¿cuántos kilómetros recorrió?
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Dominio y rango

Reglas para encontrar el dominio a partir de la fórmula:

  • Polinómica: definida para todo $x$, $\operatorname{Dom} f = \mathbb{R}$.

  • Fracción con $x$ en el denominador: se excluyen los $x$ que lo anulan.

  • Raíz de índice par: el radicando tiene que ser mayor o igual que cero.

Recta real con el valor x = -4 incluido y el valor x = 2 excluido, y el dominio en azul x = −4 (incluido) x = 2 (excluido) −4−125 Dom f = [−4, 2) ∪ (2, +∞)

Cuando hay un cociente dentro de una raíz, como $\sqrt{\dfrac{x-3}{x+2}}$, hace falta $\dfrac{x-3}{x+2} \ge 0$. Un cociente es positivo o cero cuando numerador y denominador tienen el mismo signo (o el numerador es cero), y el denominador nunca puede ser cero. Lo más cómodo es armar una tabla de signos con los valores que anulan numerador y denominador.

El rango se lee mejor en la gráfica: se mira entre qué alturas $y$ queda dibujada la función. Un punto abierto (○) no pertenece a la gráfica, y uno cerrado (●) sí. Esa diferencia decide si el extremo del intervalo es abierto o cerrado.

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Determina el dominio de definición de las siguientes funciones: a) $f(x) = \frac{3}{x - 5}$ b) $g(x) = \sqrt{x + 2}$

Determina el dominio de definición de las siguientes funciones:

  1. a) $f(x) = \frac{3}{x - 5}$
  2. b) $g(x) = \sqrt{x + 2}$
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A partir de la gráfica de la función $h(x)$, sabiendo que la ordenada del punto abierto en $x = -2$ es $1,25$, indica en forma de intervalo su dominio y su recorrido.

A partir de la gráfica de la función $h(x)$, sabiendo que la ordenada del punto abierto en $x = -2$ es $1,25$, indica en forma de intervalo su dominio y su recorrido.

X Y 3 2 −2
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Halla el dominio de definición de la función $f(x) = \frac{\sqrt{x + 4}}{x - 2}$.

Halla el dominio de definición de la función $f(x) = \frac{\sqrt{x + 4}}{x - 2}$.

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Determina analíticamente el dominio de definición de la función $f(x) = \sqrt{\frac{x - 3}{x + 2}}$. Expresa el resultado como unión de intervalos.

Determina analíticamente el dominio de definición de la función $f(x) = \sqrt{\frac{x - 3}{x + 2}}$. Expresa el resultado como unión de intervalos.

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Interceptos y simetría

El signo de $f$ dice dónde la gráfica está por encima del eje $x$ ($f(x) > 0$) y dónde por debajo ($f(x) < 0$). Los interceptos con el eje $x$ son los lugares donde el signo puede cambiar.

Una función par simétrica respecto al eje vertical y una función impar simétrica respecto al origen par: f(−x) = f(x) impar: f(−x) = −f(x)
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Calcula analíticamente los puntos de corte con el eje de abscisas (eje X) y con el eje de ordenadas (eje Y) de la función $f(x) = x^2 - 6x + 8$.

Calcula analíticamente los puntos de corte con el eje de abscisas (eje X) y con el eje de ordenadas (eje Y) de la función $f(x) = x^2 - 6x + 8$.

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Determina algebraicamente si las siguientes funciones son pares, impares o no tienen ningún tipo de simetría: a) $f(x) = x^4 - 2x^2$ b) $g(x) = x^3 - 3x + 1$

Determina algebraicamente si las siguientes funciones son pares, impares o no tienen ningún tipo de simetría:

  1. a) $f(x) = x^4 - 2x^2$
  2. b) $g(x) = x^3 - 3x + 1$
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Variación y extremos

Una función crece en un intervalo si al aumentar $x$ aumenta $f(x)$ (la gráfica sube yendo de izquierda a derecha), y decrece si $f(x)$ disminuye (la gráfica baja). Un máximo relativo es un punto más alto que todos los de su entorno, y un mínimo relativo es uno más bajo que los de su entorno. Se dan donde la gráfica pasa de crecer a decrecer, o al revés. Se informan como coordenadas $(x, f(x))$.

Gráfica que crece, alcanza un máximo relativo, decrece hasta un mínimo relativo y vuelve a crecer máximo relativo mínimo relativo crece decrece crece

Los intervalos de crecimiento y decrecimiento se dan en el eje $x$, y los valores máximo y mínimo se dan en el eje $y$. Si hay un punto de máximo en $x = a$, los intervalos se separan en $a$: crece hasta $a$ y decrece desde $a$.

Parábolas. Para $f(x) = ax^2 + bx + c$ el único extremo es el vértice, en $x_v = -\dfrac{b}{2a}$ (el punto medio entre las raíces, si las hay). Si $a > 0$ es un mínimo, y si $a < 0$ es un máximo. La ordenada del vértice es $f(x_v)$.

Esto permite resolver problemas de optimización: se escribe la cantidad a optimizar como función de una sola variable, se fija el dominio que tiene sentido en el contexto y se busca el vértice. Por ejemplo, con una cuerda de $40$ m para marcar una cancha rectangular, si un lado mide $x$ el otro mide $20 - x$ y el área es $A(x) = x(20-x) = -x^2 + 20x$. Aquí $0 < x < 20$, y el máximo está en $x_v = 10$, es decir, un cuadrado de lado $10$ m.

Practica★☆☆Sin empezar
Observa la siguiente gráfica de una función $f(x)$ y determina sus intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como las coordenadas exactas de sus máximos y mínimos…

Observa la siguiente gráfica de una función $f(x)$ y determina sus intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como las coordenadas exactas de sus máximos y mínimos relativos.

X Y −2 2 3 −3
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La temperatura $T$ (en grados Celsius) en el interior de un horno industrial desde que se enciende hasta que se apaga viene dada por la función $T(t) = -t^2 + 8t + 20$,…

La temperatura $T$ (en grados Celsius) en el interior de un horno industrial desde que se enciende hasta que se apaga viene dada por la función $T(t) = -t^2 + 8t + 20$, donde $t$ es el tiempo transcurrido en horas. ¿En qué instante se alcanza la temperatura máxima? ¿Cuál es el valor de esa temperatura máxima?

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Un agricultor dispone de $100$ metros de valla para cercar un huerto rectangular aprovechando el muro rectilíneo de una nave ya construida, de modo que solo necesita…

Un agricultor dispone de $100$ metros de valla para cercar un huerto rectangular aprovechando el muro rectilíneo de una nave ya construida, de modo que solo necesita vallar tres de los cuatro lados del rectángulo.

  1. a) Encuentra la expresión de la función que da el área del huerto en función de la longitud $x$ de uno de los lados perpendiculares al muro.
  2. b) Determina el dominio de definición válido para $x$ en el contexto de este problema.
  3. c) ¿Qué dimensiones debe tener el huerto para que su área sea máxima?
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Asíntotas, límite intuitivo y periodicidad

Fíjate en $f(x) = \dfrac{1}{x}$. (La idea de «tender a» un valor amplía el programa de grado noveno: los límites se estudian en once; aquí la usamos de forma intuitiva.) Si $x$ es muy grande, $f(x)$ es muy pequeño y casi cero: $f(1.000) = 0{,}001$. Decimos que $f(x)$ tiende a $0$ cuando $x$ tiende a infinito. Si $x$ se acerca a $0$ por la derecha, $f(x)$ se hace enorme: $f(0{,}001) = 1.000$. Esta idea intuitiva de «se acerca a» es lo que describen las asíntotas.

Para encontrar la asíntota horizontal de una fracción de polinomios, se mira solo la parte de mayor grado, porque para $x$ muy grande los otros términos casi no pesan. En $f(x) = \dfrac{2x+1}{x-3}$, dividiendo arriba y abajo entre $x$ queda $\dfrac{2 + 1/x}{1 - 3/x}$. Cuando $x$ es muy grande, $1/x$ y $3/x$ son casi $0$ y el cociente se acerca a $\dfrac{2}{1} = 2$.

Periodicidad

Una función es periódica si su gráfica se repite cada cierto intervalo: existe un $T > 0$ tal que $f(x + T) = f(x)$. El menor $T$ se llama periodo. Así son la altura de una cabina de la rueda de Chicago de un parque o el movimiento de un péndulo. Para leer el periodo de una gráfica, busca cuánto hay que desplazarse en $x$ para que se repita el mismo comportamiento. El máximo y el mínimo se leen en el eje $y$, y para una altura en un instante dado se busca ese valor en el eje $x$ y se sube hasta la gráfica.

Gráfica periódica que repite su forma cada periodo T periodo T

Vuelve al balón del principio: su altura en función del tiempo es una parábola con vértice, y el máximo y el momento en que lo alcanza se leen justo así.

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Determina analíticamente la ecuación de las asíntotas verticales y horizontales de la función racional $f(x) = \frac{2x + 1}{x - 3}$.

Determina analíticamente la ecuación de las asíntotas verticales y horizontales de la función racional $f(x) = \frac{2x + 1}{x - 3}$.

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La gráfica adjunta representa la altura en metros a la que se encuentra una cabina de una noria en función del tiempo en minutos. Observa la gráfica y responde: a) ¿Es…

La gráfica adjunta representa la altura en metros a la que se encuentra una cabina de una noria en función del tiempo en minutos. Observa la gráfica y responde:

  1. a) ¿Es una función periódica? En caso afirmativo, indica su periodo.
  2. b) ¿Cuál es la altura máxima y mínima que alcanza la cabina?
  3. c) ¿A qué altura se encuentra la cabina a los $10$ minutos exactos de empezar a girar?
t (min) h (m) 10 20 2 4 6 8
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Analiza la siguiente gráfica de la función $f(x)$ y determina: a) Su dominio y recorrido. b) Las ecuaciones de sus asíntotas. c) Los intervalos de crecimiento y…

Analiza la siguiente gráfica de la función $f(x)$ y determina:

  1. a) Su dominio y recorrido.
  2. b) Las ecuaciones de sus asíntotas.
  3. c) Los intervalos de crecimiento y decrecimiento.
  4. d) Las coordenadas de sus extremos relativos (máximos y mínimos).
X Y 2 8 −8 −4 −1 4 1 −1 −3
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Dada la función racional $f(x) = \frac{x^2}{x^2 - 4}$: a) Demuestra analíticamente si es una función par, impar o si no presenta simetría. b) Calcula los puntos de corte…

Dada la función racional $f(x) = \frac{x^2}{x^2 - 4}$:

  1. a) Demuestra analíticamente si es una función par, impar o si no presenta simetría.
  2. b) Calcula los puntos de corte con los ejes de coordenadas.
  3. c) Encuentra las ecuaciones de todas sus asíntotas (verticales y horizontales).
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Dada la función racional $f(x) = \frac{ax^2 + 3}{2x^2 - x}$, determina el valor del parámetro $a$ para que la función tenga una asíntota horizontal en la recta $y = 4$.…

Dada la función racional $f(x) = \frac{ax^2 + 3}{2x^2 - x}$, determina el valor del parámetro $a$ para que la función tenga una asíntota horizontal en la recta $y = 4$. Con ese valor de $a$ ya calculado, halla también las ecuaciones de las asíntotas verticales de la función.

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Tasa de variación media

Si la TVM es positiva, $f(b) > f(a)$: en conjunto la función subió. Si es negativa, bajó. Si es $0$, volvió a la misma altura. Cuando $y$ es una distancia y $x$ el tiempo, la TVM es la velocidad media.

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Calcula la Tasa de Variación Media (TVM) de la función $f(x) = x^2 - 4$ en los intervalos $[-1, 2]$ y $[2, 5]$.

Calcula la Tasa de Variación Media (TVM) de la función $f(x) = x^2 - 4$ en los intervalos $[-1, 2]$ y $[2, 5]$.

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La distancia $d$ (en metros) que recorre un objeto en caída libre en función del tiempo $t$ (en segundos) se aproxima mediante la función $d(t) = 5t^2$. Calcula la…

La distancia $d$ (en metros) que recorre un objeto en caída libre en función del tiempo $t$ (en segundos) se aproxima mediante la función $d(t) = 5t^2$. Calcula la velocidad media del objeto (que se corresponde con la Tasa de Variación Media) entre el primer y el tercer segundo ($t \in [1, 3]$), y entre el tercer y el quinto segundo ($t \in [3, 5]$).

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Calcula la Tasa de Variación Media de la función $f(x) = \frac{1}{x}$ en los intervalos $[1, 2]$ y $[2, 4]$. ¿Qué indica el signo de los resultados sobre la monotonía de…

Calcula la Tasa de Variación Media de la función $f(x) = \frac{1}{x}$ en los intervalos $[1, 2]$ y $[2, 4]$. ¿Qué indica el signo de los resultados sobre la monotonía de la función en esos intervalos?

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Practica★★★Sin empezar
Dada la función cuadrática $f(x) = x^2 + kx$, determina el valor del parámetro $k$ sabiendo que la Tasa de Variación Media de la función en el intervalo $[1, 3]$ es…

Dada la función cuadrática $f(x) = x^2 + kx$, determina el valor del parámetro $k$ sabiendo que la Tasa de Variación Media de la función en el intervalo $[1, 3]$ es igual a $8$.

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Funciones definidas por tramos

Una función definida por tramos usa una fórmula distinta según el intervalo en que esté $x$. Es lo que pasa con las tarifas: el precio depende del tramo de consumo o de las horas. Para calcular $f(a)$ hay que ver a cuál condición pertenece $a$ y usar solo esa fórmula. Cuando el punto de cambio está en un intervalo cerrado (con $\le$ o $\ge$), ese valor pertenece a ese tramo.

Una función es continua en el punto donde cambia la fórmula si los dos tramos llegan al mismo valor, es decir, si la gráfica se puede dibujar sin levantar el lápiz. Si no, hay una discontinuidad: un salto (los tramos llegan a alturas distintas) o un hueco (un punto abierto que no está en la gráfica).

Gráfica por tramos con un salto en x = 2: el primer tramo termina en un punto abierto y el segundo empieza en un punto cerrado más arriba salto en x = 2
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Dada la siguiente gráfica de una función definida a trozos, halla los valores de $f(-2)$, $f(1)$ y $f(4)$. A continuación, indica en qué puntos la función es discontinua…

Dada la siguiente gráfica de una función definida a trozos, halla los valores de $f(-2)$, $f(1)$ y $f(4)$. A continuación, indica en qué puntos la función es discontinua y de qué tipo es cada discontinuidad.

X Y −1 2 1 2 4
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Practica★★★Sin empezar
Halla los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la siguiente función definida a trozos sea continua en todo su dominio:…

Halla los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la siguiente función definida a trozos sea continua en todo su dominio:

$f(x) = \begin{cases} 2x + a & \text{si } x < 1 \\ x^2 - 3x + 5 & \text{si } 1 \le x < 4 \\ bx - 1 & \text{si } x \ge 4 \end{cases}$

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Practica★★★Sin empezar
Un parqueadero público tiene la siguiente tarifa: cobra $8\,000$ pesos por la primera hora (o fracción de hora), y $6\,000$ pesos por cada hora adicional (o fracción).…

Un parqueadero público tiene la siguiente tarifa: cobra $8\,000$ pesos por la primera hora (o fracción de hora), y $6\,000$ pesos por cada hora adicional (o fracción). El costo máximo por día es de $48\,000$ pesos. Escribe la expresión analítica de la función definida a trozos que relaciona el precio a pagar con el tiempo de estacionamiento $t$ (en horas) para las primeras $5$ horas, indicando claramente los intervalos de definición para cada tramo.

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Resumen

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