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Funciones · Funciones reales

Composición de funciones

Una chaqueta cuesta $\$100$. La tienda ofrece 15% de descuento y además tienes un cupón de $\$20$. ¿Importa si el cajero resta primero el 15% o primero el cupón? Se aplican dos funciones una después de la otra, y el orden puede cambiar el precio final. Esta cadena de funciones se llama composición, y responderemos la pregunta de la chaqueta al final de la página.

Qué significa componer dos funciones

Imagina dos máquinas conectadas en fila. La salida de la primera máquina es la entrada de la segunda.

Dos máquinas de funciones en fila: la entrada x entra en f y produce f(x), y ese resultado entra en g y produce g(f(x)). x f f(x) g g(f(x)) (g ∘ f)(x) = g(f(x)): primero f, luego g

Para evaluar una función compuesta en un número, trabaja de adentro hacia afuera.

Las cadenas más largas funcionan igual. Para $(h \circ g \circ f)(x)$, se aplica primero $f$, luego $g$ y después $h$.

También puedes evaluar una función compuesta a partir de una gráfica o una tabla, sin fórmulas. Para hallar $(f \circ g)(2)$, lee $g(2)$ en la gráfica de $g$. Esa salida es la entrada que buscas en la gráfica de $f$.

Gráficas de dos rectas, g y f. Al leer g en x = 2 se obtiene 3, y al leer f en x = 3 se obtiene 1, así que f de g de 2 es igual a 1. g f g(2)=3 f(3)=1 12345 12345 (f ∘ g)(2) = f(3) = 1
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Dadas las funciones $f(x) = 3x + 2$ y $g(x) = x^2 - 1$, calcula el valor numérico de la composición $(g \circ f)(2)$.

Dadas las funciones $f(x) = 3x + 2$ y $g(x) = x^2 - 1$, calcula el valor numérico de la composición $(g \circ f)(2)$.

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Considera las funciones $f(x) = x - 2$, $g(x) = 3x$ y $h(x) = x^2$. Calcula el valor numérico de la composición sucesiva $(h \circ g \circ f)(4)$.

Considera las funciones $f(x) = x - 2$, $g(x) = 3x$ y $h(x) = x^2$. Calcula el valor numérico de la composición sucesiva $(h \circ g \circ f)(4)$.

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Observa la siguiente gráfica donde se representan las funciones $f(x)$ (en azul) y $g(x)$ (en verde). A partir de la información visual y sin necesidad de obtener sus…

Observa la siguiente gráfica donde se representan las funciones $f(x)$ (en azul) y $g(x)$ (en verde). A partir de la información visual y sin necesidad de obtener sus expresiones algebraicas, determina los valores numéricos de $(f \circ g)(2)$ y $(g \circ f)(-1)$.

X Y f(x) g(x)
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Cómo escribir la función compuesta como una expresión

Con funciones racionales, termina combinando todo en una sola fracción.

Una función constante es un caso especial. Si $f(x) = 4$, entonces $(f \circ g)(x) = f(g(x)) = 4$ para todo $x$, porque $f$ ignora su entrada. Pero $(g \circ f)(x) = g(4)$ es solo un número fijo.

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Encuentra la expresión algebraica de la función compuesta $(f \circ g)(x)$ sabiendo que $f(x) = 5x - 4$ y $g(x) = x^2 + 3x$.

Encuentra la expresión algebraica de la función compuesta $(f \circ g)(x)$ sabiendo que $f(x) = 5x - 4$ y $g(x) = x^2 + 3x$.

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Dadas las funciones racionales $f(x) = \frac{2}{x}$ y $g(x) = x + 3$, determina la expresión simplificada de $(f \circ g)(x)$ y la de $(g \circ f)(x)$.

Dadas las funciones racionales $f(x) = \frac{2}{x}$ y $g(x) = x + 3$, determina la expresión simplificada de $(f \circ g)(x)$ y la de $(g \circ f)(x)$.

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Dadas la función constante $f(x) = 7$ y la función cuadrática $g(x) = 2x^2 - x$, determina las expresiones algebraicas de $(f \circ g)(x)$ y $(g \circ f)(x)$.

Dadas la función constante $f(x) = 7$ y la función cuadrática $g(x) = 2x^2 - x$, determina las expresiones algebraicas de $(f \circ g)(x)$ y $(g \circ f)(x)$.

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El orden importa (y la función identidad)

Las dos gráficas son curvas distintas, así que los dos órdenes realmente dan funciones diferentes.

A veces el orden no importa. La función identidad $I(x) = x$ no hace nada a su entrada, así que componer con ella no cambia nada.

También se puede lograr que el orden no importe eligiendo un parámetro. Busquemos $k$ para que dos funciones conmuten.

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Utilizando las funciones $f(x) = 5x - 4$ y $g(x) = x^2 + 3x$, halla la expresión de $(g \circ f)(x)$ y comprueba analíticamente que la composición de funciones no es…

Utilizando las funciones $f(x) = 5x - 4$ y $g(x) = x^2 + 3x$, halla la expresión de $(g \circ f)(x)$ y comprueba analíticamente que la composición de funciones no es conmutativa.

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Comprueba analíticamente que al componer la función $f(x) = \frac{3x + 1}{x - 2}$ con la función identidad $I(x) = x$, se obtiene la misma función original. Calcula y…

Comprueba analíticamente que al componer la función $f(x) = \frac{3x + 1}{x - 2}$ con la función identidad $I(x) = x$, se obtiene la misma función original. Calcula y simplifica tanto $(f \circ I)(x)$ como $(I \circ f)(x)$.

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Dadas las funciones $f(x) = 2x + k$ y $g(x) = 4x - 3$, halla el valor del parámetro $k$ para que se cumpla la propiedad conmutativa en este caso particular, es decir,…

Dadas las funciones $f(x) = 2x + k$ y $g(x) = 4x - 3$, halla el valor del parámetro $k$ para que se cumpla la propiedad conmutativa en este caso particular, es decir, que $(f \circ g)(x) = (g \circ f)(x)$ para cualquier valor de $x$.

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La composición en situaciones reales

Muchas cantidades reales están encadenadas: el tiempo determina un radio y el radio determina un área. Si conoces ambas reglas, al componerlas obtienes el área directamente en función del tiempo.

Una cadena de dos funciones: las horas h entran en E y dan las ganancias, y las ganancias entran en S y dan los ahorros. horas h E ganancias E S ahorros S S(E(h)): horas → ganancias → ahorros
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Una tienda de electrónica aplica un descuento del $15\%$ a todos sus productos, lo que se modeliza con la función $d(x) = 0.85x$. Además, un cliente tiene un cupón de…

Una tienda de electrónica aplica un descuento del $15\%$ a todos sus productos, lo que se modeliza con la función $d(x) = 0.85x$. Además, un cliente tiene un cupón de fidelidad de $\$20$ de descuento directo, modelizado por la función $c(x) = x - 20$. Determina las expresiones de $(c \circ d)(x)$ y $(d \circ c)(x)$. ¿Qué orden de composición beneficia más al cliente si quiere comprar una computadora cuyo precio inicial es de $\$600$?

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Al lanzar una piedra a un estanque, se forma una onda circular cuyo radio aumenta con el tiempo según la función $r(t) = 2.5t$ (con $r$ en pulgadas y $t$ en segundos).…

Al lanzar una piedra a un estanque, se forma una onda circular cuyo radio aumenta con el tiempo según la función $r(t) = 2.5t$ (con $r$ en pulgadas y $t$ en segundos). Sabiendo que el área del círculo viene dada por $A(r) = \pi r^2$, halla la función $(A \circ r)(t)$ que describe el área en función del tiempo y calcula el área de la superficie afectada a los $4$ segundos.

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El costo diario de producción de $x$ piezas en una fábrica viene dado por la función $\$C(x) = 15x + 500$. El número de piezas que ensambla una máquina en $t…

El costo diario de producción de $x$ piezas en una fábrica viene dado por la función $\$C(x) = 15x + 500$. El número de piezas que ensambla una máquina en $t$ horas de funcionamiento continuo es $x(t) = 40t$. Expresa el costo de producción en función del tiempo de funcionamiento de la máquina y calcula el costo total tras una jornada de $8$ horas.

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Modelos de varios pasos

A veces la cantidad que tienes no es la que necesita la siguiente fórmula. Entonces puede que tengas que reescribir una fórmula antes de componer.

Una cadena de cuatro pasos: el tiempo t da el volumen V, el volumen da el lado s y el lado da el área de superficie S. tiempot (min) volumenV = 8t lados = ∛V área sup.S = 6s² S(s(V(t))): tres funciones, una cadena

Si solo necesitas un número (por ejemplo, una población después de 6 horas), no hace falta construir la fórmula completa. Evalúa paso a paso: primero halla el valor intermedio (una temperatura en $t = 6$) y luego úsalo en la siguiente función.

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La población de una bacteria en un cultivo depende de la temperatura según la función $P(T) = 50T^2 - 100T + 200$. A su vez, la temperatura de la incubadora varía con el…

La población de una bacteria en un cultivo depende de la temperatura según la función $P(T) = 50T^2 - 100T + 200$. A su vez, la temperatura de la incubadora varía con el tiempo en horas según $T(t) = 1.5t + 10$. Calcula la población exacta de bacterias que habrá transcurridas $6$ horas.

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Un globo aerostático esférico se infla mediante un compresor que inyecta aire a un ritmo constante, de modo que su volumen en pies cúbicos viene dado por $V(t) = 12t$…

Un globo aerostático esférico se infla mediante un compresor que inyecta aire a un ritmo constante, de modo que su volumen en pies cúbicos viene dado por $V(t) = 12t$ (con $t$ en minutos). Sabiendo que el volumen de una esfera es $V = \frac{4}{3}\pi r^3$ y su superficie es $S = 4\pi r^2$, halla la función compuesta $S(t)$ que proporciona la superficie del globo directamente en función del tiempo transcurrido.

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Composición repetida

Componer una función consigo misma se escribe $f \circ f$. Aplicarla $n$ veces a veces se escribe $f^{[n]}$. No lo confundas con $f^n$ (una potencia) ni con $f^{-1}$ (la inversa).

Los pasos repetidos son comunes en problemas reales, y el orden de pasos distintos importa.

A veces, al repetir una función aparece un patrón y puedes predecir $f^{[n]}$ para cualquier $n$. Veamos un patrón que se repite cada 2 pasos.

Ahora, un patrón que se repite cada 3 pasos.

Una función con $(f \circ f)(x) = x$ se deshace a sí misma, así que $f$ es su propia inversa. Para demostrarlo, simplifica la fracción compleja multiplicando numerador y denominador por el denominador común.

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Sea la función racional $f(x) = \frac{x}{x - 1}$. Calcula las composiciones sucesivas $(f \circ f)(x)$ y $(f \circ f \circ f)(x)$. A partir de los resultados obtenidos,…

Sea la función racional $f(x) = \frac{x}{x - 1}$. Calcula las composiciones sucesivas $(f \circ f)(x)$ y $(f \circ f \circ f)(x)$. A partir de los resultados obtenidos, deduce razonadamente cuál será la expresión de $f^{[n]}(x)$ (la composición de $f$ consigo misma $n$ veces) dependiendo de si $n$ es un número par o impar.

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Demuestra algebraicamente que, si $f(x) = \frac{ax + b}{cx - a}$ (con la condición $a^2 + bc \neq 0$), la función es su propia inversa comprobando que…

Demuestra algebraicamente que, si $f(x) = \frac{ax + b}{cx - a}$ (con la condición $a^2 + bc \neq 0$), la función es su propia inversa comprobando que $(f \circ f)(x) = x$ para todo $x$ perteneciente a su dominio.

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Un haz de luz atraviesa una serie de filtros ópticos. Un filtro de tipo A reduce la intensidad luminosa un $20\%$, modelizado por $f_A(I) = 0.8I$. Un filtro de tipo B…

Un haz de luz atraviesa una serie de filtros ópticos. Un filtro de tipo A reduce la intensidad luminosa un $20\%$, modelizado por $f_A(I) = 0.8I$. Un filtro de tipo B reduce la intensidad en una cantidad fija de $15 \text{ W/m}^2$, modelizado por $f_B(I) = I - 15$. Si la intensidad inicial es $I_0$, encuentra la expresión de la intensidad final tras atravesar $3$ filtros de tipo A seguidos de $2$ filtros de tipo B. ¿Es el resultado equivalente a atravesar primero los $2$ de tipo B y luego los $3$ de tipo A?

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Dominio de una función compuesta

La recta es $f(x) = x + 2$ y la curva es $(g \circ f)(x) = \sqrt{x + 2}$ con $g(x) = \sqrt{x}$. La curva comienza exactamente donde $f(x) \ge 0$, en $x = -2$.

Las cosas se ponen más interesantes cuando la función interior tiene su propia restricción.

Cuando la función interior tiene un denominador cuadrático, factorízalo para hallar los valores excluidos, luego combina y usa una tabla de signos como arriba.

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Determina rigurosamente el dominio de la función compuesta $(g \circ f)(x)$ sabiendo que $f(x) = x - 4$ y $g(x) = \sqrt{x}$.

Determina rigurosamente el dominio de la función compuesta $(g \circ f)(x)$ sabiendo que $f(x) = x - 4$ y $g(x) = \sqrt{x}$.

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Considera las funciones $f(x) = \sqrt{x + 3}$ y $g(x) = \frac{1}{x^2 - 4}$. Realiza un estudio analítico riguroso para determinar el dominio de definición de la función…

Considera las funciones $f(x) = \sqrt{x + 3}$ y $g(x) = \frac{1}{x^2 - 4}$. Realiza un estudio analítico riguroso para determinar el dominio de definición de la función compuesta $(f \circ g)(x)$.

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Descomposición de una función

A veces se hace el camino inverso: dada una función complicada $h$, hay que hallar funciones más simples cuya composición sea $h$.

Las funciones exponenciales y trigonométricas se separan de la misma manera. En $5^{\cos x}$, la expresión $\cos x$ es el exponente, así que debe calcularse antes que la potencia. Recuerda que $\cos x$ significa "la función coseno aplicada a $x$", no "coseno por $x$". Una exponencial con base $5$ (o $3$, o cualquier $b > 0$) es simplemente otra función, $u \mapsto 5^u$.

También pueden darte la función interior y la composición, y pedirte la función exterior.

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Dada la función compuesta $h(x) = \sqrt{2x + 5}$, exprésala como la composición de dos funciones más simples $(g \circ f)(x)$, indicando claramente cuál es la expresión…

Dada la función compuesta $h(x) = \sqrt{2x + 5}$, exprésala como la composición de dos funciones más simples $(g \circ f)(x)$, indicando claramente cuál es la expresión de $f(x)$ y cuál es la de $g(x)$.

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Sabiendo que $f(x) = 3x + 2$ y que la función compuesta es $(g \circ f)(x) = 9x^2 + 12x + 5$, determina la expresión algebraica de la función exterior $g(x)$.

Sabiendo que $f(x) = 3x + 2$ y que la función compuesta es $(g \circ f)(x) = 9x^2 + 12x + 5$, determina la expresión algebraica de la función exterior $g(x)$.

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Descompón la función compleja $H(x) = \frac{1}{\sqrt{3^{\sin x} + 2}}$ como la composición sucesiva de cuatro funciones elementales $f_1, f_2, f_3, f_4$ de forma que…

Descompón la función compleja $H(x) = \frac{1}{\sqrt{3^{\sin x} + 2}}$ como la composición sucesiva de cuatro funciones elementales $f_1, f_2, f_3, f_4$ de forma que $H(x) = (f_4 \circ f_3 \circ f_2 \circ f_1)(x)$. Indica claramente la expresión algebraica de cada una de las cuatro funciones.

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Composición de funciones definidas por partes

Para componer con una función definida por partes, el valor de la función interior decide qué parte de la función exterior se usa. Divide el dominio en los lugares donde ese valor cruza una frontera.

Para $f \circ f$ hay que tener más cuidado, ya que tanto la función interior como la exterior están definidas por partes. Trata cada parte interior por separado, halla su rango de salidas y luego decide en qué parte exterior caen esas salidas.

Gráfica de una función lineal por partes: la recta y = x + 2 sube hasta el punto (1, 3) y luego la recta y = 4 - x baja. (1, 3) y = x + 2 (x < 1) y = 4 − x (x ≥ 1)

Para leer una fórmula por partes en una gráfica, halla la pendiente y la intersección con el eje $y$ de cada segmento, y observa dónde empieza y termina cada uno.

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Dadas las funciones $f(x)$ y $g(x)$, donde $f(x) = 2x$ si $x < 1$ y $f(x) = x^2$ si $x \geq 1$, y la función $g(x) = x + 3$. Determina la expresión analítica completa de…

Dadas las funciones $f(x)$ y $g(x)$, donde $f(x) = 2x$ si $x < 1$ y $f(x) = x^2$ si $x \geq 1$, y la función $g(x) = x + 3$. Determina la expresión analítica completa de la función compuesta $(f \circ g)(x)$, prestando especial atención a los intervalos de definición.

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Observa la gráfica de la función $f(x)$. A partir de ella, obtén la expresión analítica de $f(x)$ definida a trozos y calcula la expresión algebraica detallada de…

Observa la gráfica de la función $f(x)$. A partir de ella, obtén la expresión analítica de $f(x)$ definida a trozos y calcula la expresión algebraica detallada de $(f \circ f)(x)$.

f(x) 2 −2 2 X Y
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De vuelta a la pregunta del inicio: Sea $d(x) = 0.85x$ (quitar 15%) y $c(x) = x - 20$ (usar el cupón). Primero el descuento y luego el cupón: $(c \circ d)(100) = 0.85(100) - 20 = \$65$. Primero el cupón y luego el descuento: $(d \circ c)(100) = 0.85(100 - 20) = \$68$. El orden importa. Aquí te conviene más aplicar primero el descuento, porque así el cupón se resta completo en lugar de reducirse con el 15%.

Resumen

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