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Derivadas · Derivada

Interpretación gráfica de la derivada

Te conviene dominar: Ecuación punto-pendiente de la recta (1er año de preparatoria (semestres 1 y 2))

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.

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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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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.

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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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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 $\tfrac12 x^{-1/2}=\dfrac{1}{2\sqrt{x}}$.

  • $e^{kx}$ crece a un ritmo proporcional a su propio valor, y la constante de proporcionalidad es $k$.

  • $\ln x$ 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 $\dfrac1x$.

  • 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: $f(x)\approx f(a)+f'(a)(x-a)$.

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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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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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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 $t = 6$.

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La recta normal: perpendicular a la tangente

Gráfica de una curva con su recta tangente y su recta normal perpendicular en el mismo punto de contacto 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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Tangente horizontal y signo de $f'(x)$

Curva con tres tangentes: una con pendiente positiva, una horizontal en lo más alto y una con pendiente negativa f' > 0 f' = 0 f' < 0

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.

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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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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 $f$

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.

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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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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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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 $f'(x)=m$.

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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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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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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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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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Hallar parámetros con tangentes

Cuando la función tiene letras ($a$, $b$, $c$…), cada dato geométrico da una ecuación:

  • "Pasa por $(x_0, y_0)$" $\Rightarrow f(x_0)=y_0$.

  • "Tangente de pendiente $m$ en $x_0$" $\Rightarrow f'(x_0)=m$.

  • "Extremo local en $x_0$" $\Rightarrow f'(x_0)=0$.

  • "Tangente común de dos curvas en $x_0$" $\Rightarrow f(x_0)=g(x_0)$ y $f'(x_0)=g'(x_0)$.

  • "Continua y derivable al unir dos tramos" $\Rightarrow$ mismo valor y misma derivada en el punto de unión.

  • "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.

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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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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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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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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.

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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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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.

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