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Math III · Matemáticas
Funciones · Funciones reales

Características de las funciones

El entrenador de baloncesto de Jayden modela un tiro libre con $h(t) = -16t^2 + 20t + 6$, donde $h$ es la altura del balón en pies y $t$ es el tiempo en segundos. Antes de confiar en el modelo, necesitas responder algunas preguntas. ¿Cuándo tiene sentido? ¿Qué altura alcanza el balón y cuándo? ¿Cuándo toca el piso? Responder preguntas como estas se llama analizar una función. Esta página te da una lista de revisión: dominio, intersecciones, signo, crecimiento y decrecimiento, extremos, rango, simetría, periodicidad y asíntotas.

Dominio: las tres restricciones básicas

El dominio es el conjunto de todas las entradas $x$ para las que la función da una salida real. Empieza suponiendo que todo número real sirve y luego quita lo que impida realizar alguna operación.

Si $f$ contiene… Condición Por qué
una fracción $\dfrac{\text{numerador}}{\text{denominador}}$ denominador $\neq 0$ no se puede dividir entre cero
una raíz de índice par $\sqrt{\ \ }$ radicando $\ge 0$ no hay raíz cuadrada real de un número negativo
un logaritmo $\log_b(\ \ )$ o $\ln(\ \ )$ argumento $> 0$ $\log_b u$ pregunta "¿a qué potencia hay que elevar $b$ para obtener $u$?", y una base positiva nunca da $0$ ni un negativo

Los polinomios y las raíces de índice impar (como $\sqrt[3]{x}$) no tienen restricciones: su dominio es todos los números reales.

Tres rectas numéricas que muestran los dominios de √(3x − 9), (x + 5)/(x² − 16) y log(5 − x). √(3x − 9) (x + 5)/(x² − 16) log(5 − x) 3 −4 4 5

Un punto relleno significa que el extremo está incluido; un punto vacío significa que está excluido.

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Determine el dominio de definición de la función racional $f(x) = \frac{x-1}{x^2-9}$.

Determine el dominio de definición de la función racional $f(x) = \frac{x-1}{x^2-9}$.

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Calcule el dominio de la función con radical $g(x) = \sqrt{2x-8}$.

Calcule el dominio de la función con radical $g(x) = \sqrt{2x-8}$.

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Calcule el dominio de la función logarítmica $s(x) = \log_3(x+2)$.

Calcule el dominio de la función logarítmica $s(x) = \log_3(x+2)$.

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Dominio con varias restricciones a la vez

Diagrama de franjas: el dominio final es la zona común entre la región donde el radicando es no negativo y la región donde el denominador no es cero. radicando ≥ 0 denominador ≠ 0 dominio final: la zona común
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Halle el dominio de definición de la función $f(x) = \sqrt{\frac{x+1}{x-3}}$.

Halle el dominio de definición de la función $f(x) = \sqrt{\frac{x+1}{x-3}}$.

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Determine el dominio de definición de la función $f(x) = \ln(x^2 - 4x + 3)$.

Determine el dominio de definición de la función $f(x) = \ln(x^2 - 4x + 3)$.

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Calcule de forma razonada el dominio de la función $f(x) = \sqrt{\log_2(x-3)}$.

Calcule de forma razonada el dominio de la función $f(x) = \sqrt{\log_2(x-3)}$.

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Intersecciones

¿Por qué estas reglas? Todo punto del eje $y$ tiene $x = 0$, y todo punto del eje $x$ tiene $y = 0$. Así que solo sustituyes $0$ en la variable adecuada.

  • Intersección con el eje $y$: calcula $f(0)$. Si $0$ no está en el dominio (como en $\frac1x$), no hay intersección con el eje $y$. Una función tiene como máximo una.

  • Intersecciones con el eje $x$: resuelve $f(x) = 0$. En una fracción, esta es $0$ solo cuando su numerador es $0$; resuelve numerador $= 0$ y luego verifica que las respuestas estén en el dominio.

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Halle los puntos de intersección con los ejes de coordenadas de la función polinómica $h(x) = x^2 - 5x + 6$.

Halle los puntos de intersección con los ejes de coordenadas de la función polinómica $h(x) = x^2 - 5x + 6$.

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Halle los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la función $f(x) = \frac{x^2+a}{x-b}$ tenga como dominio $\mathbb{R} \setminus \{2\}$ e interseca al eje X en los…

Halle los valores de los parámetros $a$ y $b$ para que la función $f(x) = \frac{x^2+a}{x-b}$ tenga como dominio $\mathbb{R} \setminus \{2\}$ e interseca al eje X en los puntos $x = 4$ y $x = -4$.

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Signo de una función

Una función solo puede cambiar de signo en un cero o en un punto donde no está definida. Entonces:

  1. Halla los ceros de $f$.

  2. Halla los valores excluidos del dominio.

  3. Márcalos todos en una recta numérica. La dividen en intervalos.

  4. Prueba un número en cada intervalo. El signo que encuentres vale para todo el intervalo.

Para una función lineal puedes omitir las pruebas: $q(x) = 2x - 6$ es $0$ en $x = 3$ y, como la pendiente es positiva, $q < 0$ para $x < 3$ y $q > 0$ para $x > 3$.

Tabla de signos de k(x) = (x − 1)(x + 3)/(x − 2): negativo, positivo, negativo, positivo, separados por −3, 1 y 2. − + − + −3 1 2 cero cero indefinida
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Determine los intervalos en los que la función $q(x) = -3x + 12$ tiene signo positivo y en cuáles tiene signo negativo.

Determine los intervalos en los que la función $q(x) = -3x + 12$ tiene signo positivo y en cuáles tiene signo negativo.

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Calcule los puntos de intersección con los ejes y estudie el signo de la función racional $g(x) = \frac{x^2-4}{x-1}$.

Calcule los puntos de intersección con los ejes y estudie el signo de la función racional $g(x) = \frac{x^2-4}{x-1}$.

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Funciones definidas por partes

Una función definida por partes (piecewise function) usa una fórmula distinta en cada parte de su dominio. Para hallar las intersecciones y el signo, trabaja una pieza a la vez y conserva solo las respuestas que estén dentro del intervalo de esa pieza.

Gráfica de una función definida por partes: la recta x + 3 para x menor que −1 con un punto vacío en (−1, 2), y la parábola 4 − x² para x mayor o igual que −1 con un punto relleno en (−1, 3). x + 3 si x < −1 4 − x² si x ≥ −1
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Dada la función definida por partes: $f(x) = \begin{cases} 2x+6 & \text{si } x < -1 \\ x^2+3 & \text{si } x \ge -1 \end{cases}$ Halle sus puntos de intersección con los…

Dada la función definida por partes:

$f(x) = \begin{cases} 2x+6 & \text{si } x < -1 \\ x^2+3 & \text{si } x \ge -1 \end{cases}$

Halle sus puntos de intersección con los ejes y estudie su signo en todo su dominio.

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Crecimiento, decrecimiento y extremos relativos

Una parábola que abre hacia arriba con vértice (1, −2): decreciente a la izquierda de x = 1 y creciente a la derecha. decreciente creciente mín. en (1, −2)

Los intervalos de crecimiento y decrecimiento se describen con valores de $x$ (en qué parte del eje $x$), mientras que los extremos son puntos $(x, y)$. En la gráfica de arriba, $f$ es decreciente en $(-\infty, 1)$, creciente en $(1, \infty)$ y tiene un mínimo relativo en $(1, -2)$.

Demostrarlo con álgebra. Toma dos números $x1 < x_2$ en el intervalo y observa el signo de $f(x_2) - f(x_1)$. Si siempre es positivo, $f$ es creciente ahí; si siempre es negativo, decreciente. Es lo mismo que verificar que la razón de cambio promedio $\dfrac{f(x_2) - f(x_1)}{x_2 - x_1}$ conserva un solo signo.

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A partir de la representación gráfica de la parábola $y = f(x)$, indique sus intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como las coordenadas de su extremo relativo.

A partir de la representación gráfica de la parábola $y = f(x)$, indique sus intervalos de crecimiento y decrecimiento, así como las coordenadas de su extremo relativo.

X Y V(2, 4) 0 4
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El costo medio mensual (en dólares) por unidad producida en una fábrica de componentes electrónicos viene dado por la función $C_m(x) = \frac{300x + 1200}{x}$, donde $x$…

El costo medio mensual (en dólares) por unidad producida en una fábrica de componentes electrónicos viene dado por la función $C_m(x) = \frac{300x + 1200}{x}$, donde $x$ es el número de unidades producidas ($x > 0$). Determine el dominio en el contexto del problema, estudie su signo y demuestre analíticamente en qué intervalos el costo medio es creciente o decreciente.

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Parábolas: vértice, máximo y mínimo

Muchas situaciones reales (proyectiles, áreas, ganancias) se modelan con cuadráticas, y su mejor o peor valor está en el vértice.

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Se lanza un proyectil verticalmente hacia arriba. La altura $h(t)$ en pies que alcanza tras $t$ segundos viene dada por la función $h(t) = -5t^2 + 20t + 1$. Determine en…

Se lanza un proyectil verticalmente hacia arriba. La altura $h(t)$ en pies que alcanza tras $t$ segundos viene dada por la función $h(t) = -5t^2 + 20t + 1$. Determine en qué instante alcanza la altura máxima y cuál es el valor de dicha altura.

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Un agricultor dispone de $100$ pies de cerca para cercar un huerto rectangular aprovechando un muro de piedra ya existente (no necesita cerca en ese lado). Si $x$ es la…

Un agricultor dispone de $100$ pies de cerca para cercar un huerto rectangular aprovechando un muro de piedra ya existente (no necesita cerca en ese lado). Si $x$ es la longitud de los lados perpendiculares al muro, la función que describe el área es $A(x) = x(100-2x)$. Determine el dominio de la función en el contexto del problema y calcule las dimensiones que maximizan el área.

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Determine los coeficientes $a$, $b$ y $c$ de la función cuadrática $f(x) = ax^2 + bx + c$ sabiendo que su vértice es el punto $V(3, -4)$ y que interseca al eje X en…

Determine los coeficientes $a$, $b$ y $c$ de la función cuadrática $f(x) = ax^2 + bx + c$ sabiendo que su vértice es el punto $V(3, -4)$ y que interseca al eje X en $x = 1$.

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Rango

Maneras de hallarlo:

  • A partir de una gráfica: observa qué tan abajo y qué tan arriba llega la gráfica en el eje $y$.

  • Para una parábola: el vértice es el valor más bajo o más alto. Si $a > 0$, el rango es $[k, \infty)$; si $a < 0$, es $(-\infty, k]$, donde $k$ es la coordenada $y$ del vértice.

  • Con la función inversa: el rango de $f$ es el dominio de $f^{-1}$, ya que la inversa intercambia los papeles de $x$ y $y$.

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Indique cuál es el rango o imagen de la función cuadrática $r(x) = x^2 + 4$.

Indique cuál es el rango o imagen de la función cuadrática $r(x) = x^2 + 4$.

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Calcule la función inversa de $f(x) = \frac{2x-5}{x+1}$ y utilícela para determinar el rango (imagen) de la función $f(x)$.

Calcule la función inversa de $f(x) = \frac{2x-5}{x+1}$ y utilícela para determinar el rango (imagen) de la función $f(x)$.

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Simetría: funciones pares e impares

Una gráfica simétrica respecto al eje y. Los puntos en −x y x tienen la misma altura, así que f(−x) = f(x). f(−x) = f(x) −x x

Cómo comprobarlo. Primero verifica que el dominio sea simétrico (si $x$ está en el dominio, también $-x$). Luego sustituye $x$ por $-x$, simplifica y compara con $f(x)$ y con $-f(x)$.

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Estudie la simetría (par, impar o ninguna) de la función polinómica $p(x) = x^4 - 2x^2 + 7$.

Estudie la simetría (par, impar o ninguna) de la función polinómica $p(x) = x^4 - 2x^2 + 7$.

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Practica★★☆Sin empezar
Determine analíticamente si la función $h(x) = \frac{x^3}{x^2+1}$ es par, impar o no tiene simetría.

Determine analíticamente si la función $h(x) = \frac{x^3}{x^2+1}$ es par, impar o no tiene simetría.

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Demuestre analíticamente que la función $f(x) = \ln\left(\frac{1-x}{1+x}\right)$ es impar y determine su dominio de definición.

Demuestre analíticamente que la función $f(x) = \ln\left(\frac{1-x}{1+x}\right)$ es impar y determine su dominio de definición.

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Funciones periódicas

Algunas cantidades se repiten: un latido del corazón, el voltaje de corriente alterna, el asiento de una rueda de la fortuna.

Para medir $T$ en una gráfica, elige cualquier punto y busca el siguiente punto donde la gráfica está a la misma altura y se mueve en la misma dirección (por ejemplo, de cima a cima). La distancia horizontal entre ellos es $T$.

Una gráfica periódica en zigzag con período 4: sube a 2 en x = 1, baja a −2 en x = 3 y se repite. Un corchete marca un período de x = 0 a x = 4. T = 4 0 4 8 12 f(3) = −2

Evaluar lejos del origen. Como $f(x + T) = f(x)$, puedes restar múltiplos de $T$ hasta caer dentro del primer ciclo: $f(x) = f(x - nT)$. En la práctica, divide $x$ entre $T$ y usa el residuo.

Modelos trigonométricos. Una onda suave, como la altura de una rueda de la fortuna, tiene tres características más. La línea media está a mitad de camino entre el máximo y el mínimo, y la amplitud es la mitad de la distancia entre ellos:

$$\text{línea media} = \frac{\max + \min}{2}, \qquad \text{amplitud} = \frac{\max - \min}{2}.$$ Altura de una cabina de rueda de la fortuna en el tiempo: mínimo de 10 pies en 0 y 8 minutos, máximo de 100 pies en 4 minutos, línea media en 55 pies. h (pies) t (min) máx. 100 pies línea media 55 0 4 8
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Observe la gráfica de la siguiente función periódica que modela el voltaje en un circuito electrónico. Determine su periodo $T$ y calcule el valor de $f(17)$.

Observe la gráfica de la siguiente función periódica que modela el voltaje en un circuito electrónico. Determine su periodo $T$ y calcule el valor de $f(17)$.

t f(t) 4 8 12 2 −2
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La gráfica adjunta muestra la altura $h(t)$ en pies de una cabina de una rueda de la fortuna en función del tiempo $t$ en minutos. Sabiendo que el movimiento se modela…

La gráfica adjunta muestra la altura $h(t)$ en pies de una cabina de una rueda de la fortuna en función del tiempo $t$ en minutos. Sabiendo que el movimiento se modela con una función trigonométrica, determine su periodo, las alturas máxima y mínima que alcanza la cabina, y los instantes de tiempo en los que se alcanzan durante el primer ciclo completo.

15 pies 10 pies
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Un análisis completo a partir de una gráfica

Cuando analices una gráfica, responde siempre las mismas preguntas, en este orden.

Pregunta Cómo leerla
Dominio ¿Qué valores de $x$ tienen la gráfica arriba o abajo? Busca huecos y asíntotas verticales.
Rango ¿Qué valores de $y$ alcanza la gráfica?
Simetría ¿Imagen especular respecto al eje $y$ (par) o igual después de un giro de $180^\circ$ (impar)?
Asíntotas Vertical $x = a$: la gráfica se dispara hacia arriba o abajo cerca de $x = a$. Horizontal $y = L$: la gráfica se estabiliza hacia $L$ cuando $x \to \pm\infty$.
Extremos relativos Cimas (máximos) y valles (mínimos), como puntos $(x, y)$.
Signo ¿Dónde está la gráfica sobre el eje $x$ (positiva) y bajo él (negativa)?
Gráfica con asíntotas verticales x = −1 y x = 1, asíntota horizontal y = 1 y un máximo relativo en (0, 0). x = −1 x = 1 máx. local (0, 0) y = 1
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A partir de la gráfica de la función $y = f(x)$, realice un análisis completo indicando: dominio, rango, simetría, ecuaciones de las asíntotas, extremos relativos e…

A partir de la gráfica de la función $y = f(x)$, realice un análisis completo indicando: dominio, rango, simetría, ecuaciones de las asíntotas, extremos relativos e intervalos de signo positivo y negativo.

X Y 1 2 −1 −2 1 2
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Resumen

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