Más ejemplos de funciones reales

1. Funciones constantes. Una función cuyo recorrido consta de un solo

número se llama función constante. En la figura 1.8 se muestra un ejemplo, en la que f(x) =3 para todo x real. La gráfica es una recta horizontal que corta al eje

y en el punto (O, 3).

2. Funciones lineales. Una función g definida para todo real x mediante

una fórmula de la forma

Más ejemplos de funciones reales 67 y 2 1 O x x y y ¡(xl = 3

FIGURA 1.8 Función constante

f(x) = 3.

FIGURA 1.9 Función lineal

g(x) =2x - 1.

FIGURA 1.10 Polinomio

cuadrático f(x) =x2•

se llama función lineal porque su gráfica es una recta. El número b es la ordena- da en el origen; es la coordenada y del punto (O, b) en el que la recta corta al eje y. El número a es la pendiente de la recta. Un ejemplo, g(x) =x, está dibu- jado en la figura 1.4. En la figura 1.9 se muestra otro g(x) =2x - 1.

3. Funciones potenciales. Para un entero positivo n, sea f la función de-

finida por f(x) =x" para todo real x. Cuando n = 1, ésta es la función identidad, representada en la figura 1.4. Para n =2 la gráfica es una parábola, parte de la cual se ve en la figura 1.10. Para n =3, la gráfica es una cúbica y está representa- da en la figura 1.11 (pág. 69).

4. Funciones polinómicas. Una función polinómica P es la definida para

todo real x por una ecuación de la forma

n

P(x) =Co

+

c1x

+ ... +

cnxn =ICkXk.

k~O

Los números Co, el' ... , e; son los coeficientes del polinomio, y el entero no negativo n es su grado (si e; =1=O). Quedan incluidas en este tipo de funciones, las funciones constantes y las potenciales. Los polinomios de grados 2, 3 Y 4 se de- nominan polinomios cuadráticos, cúbicos y cuárticos respectivamente. La figu- ra 12 presenta una parte de la gráfica de una función polinómica cuártica P

68 Los conceptos del cálculo integral

5. La circunferencia. Volvamos a la ecuación cartesiana de la circunferen-

cia, x2

+

y2 = r2 y resolvámosla respecto a y. Existen dos soluciones dadas por

y

=

Vr

2 - x2 y

(Recuerde el lector que si a

>

0, el símbolo

Y;.

representa la raíz cuadrada po- sitiva de a. La raíz cuadrada negativa es - vf(i.) Hubo un tiempo en que los mate- máticos decían que y era una función bi-valente de x dada por y = -+-vi r2 ~ x2•

No obstante, modernamente no se admite la «bi-valencia» como propiedad de las funciones. La definición de función exige que a cada x perteneciente al dominio, corresponde uno y sólo un valor de y en el recorrido. Geométricamente, esto significa que las rectas verticales cortan la gráfica en un solo punto. Por consi- guiente para hacer hacer compatible el anterior ejemplo con el concepto teórico, decimos que las dos soluciones para y definen dos funciones, f y g, siendo

y g(x) =

-Vr

2 - x2

f(x) =

vr

2 - x2

para cada x que satisface - r ~ x ~ r. Cada una de estas funciones tiene como dominio el intervalo comprendido entre

-r

y

r.

Si

Ixl >

r, no existe valor real de y tal que x2

+

y2 =r', y decimos que las funciones f y g no están definidas

para tal x. Puesto que f(x) es la raíz cuadrada no negativa de r2 - x2, la gráfica

de

f

es la semicircunferencia representada en la figura 1.13. Los valores de la función g son ~ 0, y por tanto la gráfica de g es la semicircunferencia inferior dibujada en la figura 1.13.

6. Sumas, productos y cocientes de funciones. Sean f y g dos funciones

reales que tienen el mismo dominio D. Se pueden construir nuevas funciones a partir de f y g por adición, multiplicación o división de sus valores. La función u

definida por

u(x)

=

f(x)

+

g(x) si x ED

se denomina suma de

f

y g y se representa por

f

+

g. Del mismo modo, el pro-

ducto v =f .g y el cociente w =f /g están definidos por las fórmulas

v(x)

=

f(x)g(x) si xED, w(x)

=

f(x)/g(x) si x E D Y g(x) ~ O.

Con el conjunto de los Ejercicios que siguen se intenta dar al lector cierta soltura en el manejo de la notación empleada para las funciones.

y FIGURA 1.11 Polinomio cúbico P(x)

=

x3• 1.5 Ejercicios Ejercicios 69 y P(x) =h4 - 2x2 x I I I ,,/

--

y x x FIGURA 1.12 Polinomio :uártico P(x) =tx4 - 2x2•

FIGURA 1.13 Gráficas de las

dos funciones f(x) =

vr

2 - x2,

g(x) =

_vr

2 - x2•

1. Sea f(x) == x

+

1 para todo real x. Calcular: f(2), f( -2), -f(2), fm, 1!f(2), fea

+

b),f(a)

+

f(b),f(a)f(b).

2. Sean f(x)

=

1

+

x Yg(x) == 1 - x para todo real x. Calcular: f(2)

+

g(2), f(2) - g(2),f(2k(2), f(2)fg(2),f [g(2)], g[f(2)],f(a)

+

g( -a),f(t)g( -t).

3. Sea !p(x) =[x - 31

+

Ix - 11 para todo real x. Calcular: q;(O), q;(l), q;(2), !p~j), !p(-1), !p( - 2). Determinar todos los valores de t para los que /f(t

+

2) =!p(t). 4. Sea f(x)

=

x2 para todo real x. Calcular cada una de las fórmulas siguientes. En cada

caso precisar los conjuntos de números reales x, y, t, etc., para los que la fórmula dada es válida.

(a) f( -x) =f(x). (d)f(2y) = 4f(v).

(b) f(y) - f(x) = (y - x)(y

+

x). (e) f(t2) =f(t)2. (e) f(x

+

h) - f(x) =2xh

+

h2• (f) Yf(a) =laI.

5. Sea g(x) =

y

4 - x2 para Ixl ~ 2. Comprobar cada una de las fórmulas siguientes e indicar para qué valores de x, y, s, y t son válidas

(a) g( -x) =g(x). (b)g(2y) =

2VI=7.

(1)

y4f2=1

(e) g

t

= [ti • (d)g(a - 2) =y4a - a2• (e)

gG)

=~Y16 - S2. (f) _1_ =2__-g_(_x) 2

+

g(x) x2

70 Los conceptos del cálculo integral

6. Sea f la función definida como sigue: f(x)

=

1 para O :::;x :::;1; f(x)

=

2 para 1<x ~ 2. La función no está definida si x < O o si x >2.

(a) Trazar la gráfica de f.

(b) Poner g(x) =f(2x). Describir el dominio de g y dibujar su gráfica. (c) Poner h(x) =f(x - 2). Describir el dominio de h y dibujar su gráfica. (d) Poner k(x) =f(2x) +f(x - 2). Describir el dominio de k y dibujar su gráfica. 7. Las gráficas, de los dos polinomios g(x) =x y f(x) =x3se cortan en tres puntos. Dibujar

una parte suficiente de sus gráficas para ver cómo se cortan.

8. Las gráficas de los dos polinomios cuadráticos f(x) =x2-2 y g(x) =2x2+4x

+

1 se cortan en dos puntos. Dibujar las porciones de sus gráficas comprendidas entre sus intersecciones.

9. Este ejercicio desarrolla ciertas propiedades fundamentales de los polinomios. Sea

f(x)

=

¿~=o CkXk un polinomio de grado n. Demostrar cada uno de los siguientes apartados:

(a) Sin ~ 1 Yf(O)

=

0, f(x)

=

xg(x), siendo g un polinomio de grado n - 1.

(b) Para cada real a, la función p dada por p(x) =f(x +a) es un polinomio de grado n.

(c) Si n ~ 1 Yf(a) =O para un cierto valor real a, entonces f(x) = (x - a)h(x), siendo

h un polinomio de grado n - 1. [Indicación: Considérese p(x) =f(x +a).]

(d) Si f(x)

=

O para n...L. 1 valores reales de x distintos, todos los coeficientes ck son

cero y f(x) =O para todo real x.

(e) Sea g(x)

=

¿k'=o bkxk un polinomio de grado m, siendo m ~ n. Si g(x)

=

f(x) para m

+

1 valores reales de x distintos, entonces m

=

n, bk

=

ck para cada valor de k, y

g(x)

=

f(x) para todo real x.

10. En cada caso, hallar todos los polinomios p de grado :::;2 que satisfacen las condicio- nes dadas.

(a) p(O) =pO) =p(2) = 1. (c) p(O) =pO) = I. (b) p(O) =pO) = l,p(2) = 2. (d)p(O) =pO).

11. En cada caso, hallar todos los polinomios p de grado :::;2 que para todo real x satis- facen las condiciones que se dan.

(a) p(x) =pO - x). (e) p(2x) =2p(x).

(b) p(x) =pO

+

x). (d) p(3x) =p(x

+

3).

12. Demostrar que las expresiones siguientes son polinomios poniéndolas en la forma ¿~o akxk para un valor de m conveniente. En cada caso n es entero positivo.

1 n+l n

(a) O

+

x)2n. (b) - x , x ;é I. (e)

TI

O

+

X2k).

1 - X k~O

In document Cálculo con funciones de una variable, con una introducción al álgebra lineal (página 89-93)