Interpretación gráfica de la derivada
Imagina una patineta que baja por la rampa curva de un skatepark en Guadalajara. En cada instante la patineta apunta en una dirección: la de la recta que "toca" la rampa en ese punto. ¿Se puede saber esa dirección con un solo número? Sí: es la derivada. En este apartado la conectamos con el dibujo.
La derivada como pendiente de la tangente
La derivada $f'(a)$ es la pendiente de la recta que mejor se pega a la gráfica de $f$ en el punto de abscisa $a$. Esa recta es la tangente.
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 $x = 3$.
Puntos de intersección de dos curvas
Algunos problemas piden primero encontrar dónde se cruzan dos gráficas y luego trabajar con la tangente en uno de esos puntos. En un punto de intersección las dos funciones valen lo mismo, así que se resuelve $f(x)=g(x)$.
Con la intersección elegida, la tangente se calcula como siempre: derivas $f$, evalúas en esa abscisa y usas la forma punto-pendiente.
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.
Derivadas que vas a necesitar
| Función | Derivada |
|---|---|
| $x^n$ | $n\,x^{n-1}$ |
| suma o resta de términos | se deriva término a término |
| $\sqrt{x}$ | $\dfrac{1}{2\sqrt{x}}$ |
| $e^{kx}$ | $k\,e^{kx}$ |
| $\ln x$ | $\dfrac{1}{x}$ |
| $\dfrac{u}{v}$ | $\dfrac{u'v-uv'}{v^2}$ |
¿Por qué creerlas? Unas ideas rápidas:
-
$\sqrt{x}=x^{1/2}$, y con $n=\tfrac12$ la regla de $x^n$ da $\tfrac12 x^{-1/2}=\dfrac{1}{2\sqrt{x}}$.
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$e^{kx}$ crece a un ritmo proporcional a su propio valor, y la constante de proporcionalidad es $k$.
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$\ln x$ es la inversa de $e^x$. Sus gráficas son simétricas respecto a $y=x$, así que las pendientes de las tangentes en puntos simétricos son recíprocas. El punto $(y, e^y)$ de la gráfica de $e^x$ tiene pendiente $e^y$; su simétrico $(e^y, y)$ en la gráfica de $\ln x$ tiene pendiente $\dfrac{1}{e^y}$. Como la abscisa de ese punto es $e^y$, la pendiente de $\ln x$ en la abscisa $x$ es $\dfrac1x$.
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Cociente: compruébalo con $\dfrac{x^2}{x}=x$, cuya derivada es $1$. La regla da $\dfrac{2x\cdot x-x^2\cdot 1}{x^2}=1$. ✓
Estimar con la tangente
Cerca de $x=a$, la tangente casi se pega a la curva. Por eso se usa para estimar valores: $f(x)\approx f(a)+f'(a)(x-a)$.
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.
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 $m = \frac{1}{4}$.
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. Halla…
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. Halla la ecuación de la recta tangente a la curva en el instante $t = 5$ y utilízala para estimar de forma lineal el número de suscriptores en $t = 6$.
La recta normal: perpendicular a la tangente
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 $x = -1$.
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).
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 $x = e$.
Tangente horizontal y signo de $f'(x)$
Cuando la figura muestra una parábola, su vértice tiene tangente horizontal: ahí $f'=0$. Como $f'$ de una cuadrática es una recta, basta conocer su valor en dos puntos (el vértice, donde vale 0, y la pendiente en otro) para escribirla.
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.
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 $f'(1)$.
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.
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 $f'(x)$.
De la gráfica de $f'$ a la gráfica de $f$
A veces te dan la gráfica de $f'(x)$, no la de $f(x)$, y te piden deducir dónde crece $f$, dónde decrece y dónde tiene extremos. Lo que importa es si la curva de $f'$ está arriba o abajo del eje X.
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.
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.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
Tangentes con una pendiente dada
A veces el problema no da el punto, sino una condición sobre la pendiente. Casi siempre se reduce a resolver $f'(x)=m$.
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 $y = -3x + 5$.
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.
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 $y = 2x$.
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.
Hallar parámetros con tangentes
Cuando la función tiene letras ($a$, $b$, $c$…), cada dato geométrico da una ecuación:
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"Pasa por $(x_0, y_0)$" $\Rightarrow f(x_0)=y_0$.
-
"Tangente de pendiente $m$ en $x_0$" $\Rightarrow f'(x_0)=m$.
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"Extremo local en $x_0$" $\Rightarrow f'(x_0)=0$.
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"Tangente común de dos curvas en $x_0$" $\Rightarrow f(x_0)=g(x_0)$ y $f'(x_0)=g'(x_0)$.
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"Continua y derivable al unir dos tramos" $\Rightarrow$ mismo valor y misma derivada en el punto de unión.
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"Punto de inflexión en $x_0$" $\Rightarrow f''(x_0)=0$ (la derivada de $f'$ se anula).
¿Por qué? Un dato de posición se traduce en una condición sobre $f$ y un dato de dirección en una condición sobre $f'$. Con tantas ecuaciones como parámetros, queda un sistema que se resuelve.
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 $c$.
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 $x=3$).
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 $y = -3x$.
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.
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.
Tangentes desde un punto exterior
Si el punto dado no está en la curva, no puedes calcular $f'$ en él. Se plantea la tangente en un punto genérico $(a, f(a))$ y se exige que pase por el punto dado.
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.
Resumen
Vuelve al principio: la dirección de la patineta en un punto de la rampa es la de la tangente, y su pendiente es la derivada en ese punto.