l 1".
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... ~ .... ¿<~'
MATEMATICAS 11 PARA LA EMPRESA EJERCICIOS
PARTE 11 INTEGRACIÓN
1°.-Calcular las siguientes primitivas inmediatas:
a)
J
3xdx e).-J
2x dx - d).J
e3x dxx2
+
4 e3x+
6e).J R
1 -x2h). J cosx dx i) J ba; dx :
Jl -
sinx2°.- Integración por descomposición, por partes y sustitución:
a).-J(3x4 - 5x3)dx b).Jxi3dx c).J(
(x~3)- (x~2)
)dxd) Jxcosxdx e) J xexdx j).x2lnxdx
g) J (x2: 1)
f
dx h)f l+x X 4dx i) J 4x3
+
14x dx x 4 + 7x2+
23°.- Integración de funciones racionales y transcedentes:
a)J
X dx b)f
1 +X dx(x - 1 ) (x
+
1) ( 1 - x) 2 e) J sinxcos3xdx 4°.- Integral definida:d) Area limitada por las curvas y
=
x e y=
x24
e) Area de un circulo de radio r
5°.- Integrales impropias y funciones eulerianas:
a)
r
o x2 dx b)r
-«> 1+
1 x 2 dx c)J>lnxdx d) J:, e-x2dx e)( h d x
o 1 - x2 J) J: e-x2x2dx g) J: e-x j i dx h) J! cos5xsin2xdx i) J
~
(lnx)4 dx 16°.- Integrales múltiples:
a) f f /x2
+
y2)dx dy siendo S el cuadrado de vertices (0,0), (0, 1 ), (1, 1 ),(1 ,0) b) f f/x- y)dx dy siendo S el triángulo d_e vértices (0,0), (0,1), (1 ,1)e) f f sx2y dx dy siendo S la región del plano limitado por las lineas y
=
O, y=
X, X +y=
1d) f fs ~ dx dy siendo S={(x,y)!x2
+
y2 ~ 25, x2+
y2 ~ 16 x ~y, O ~ x}2
' C',_;.::::,..__.._ .. .._... __ ... -•• ·~--" ... \~-... -~ . .;) __..._...~ ,_.__) ... ~----...:..J'....:...ll'-. \f'l~ ''Jo"".
\<91..~ h·.
GJ
INTEGRAL INDEFINIDA
~ Encontrar la integral indefinida y verificar el resuftado mediante integración
l. l
J
(x + 7)dxl. 3
J
(2x-3x2)dxl. S
J
(x5 + 1 )dxl. 7
J
(x312 + 2x + 2)dx!.9f{;idx
I,_ii ':J x+ 6
dx: . jX
1.13
f
+dx Xl. 15
f
(x + 1)(3x- 2)dxl. 17
f
(1 + 3t)t2dte~J 2x5xdx
1.2lf(tg2
x+
l)dxr l. ;~'J¡
5 ,dx
'\._¿/ 1 + 4x-
1.2
fC13
- x)dxl. 4
f
(8x3- 9x2 + 4)dx1.6 fCx3 - lüx-3)dx
1.8
s(x +
2}x )dxl.IoJ(R +l)dx
J
2 "
1.12Jx-+ ;-.)dx
X
l.l4fdx
í~) Jy
2 pdyf 3x
1.18 ydx
l. 20
f
(3senx- 5 cos 2x)dxl. 22
f
tg~dxl . 2 4 f -2 -dx 2 +x2
CALCULO DE UNA SOLUCIÓN PARTICULAR
© Calcular una función F(x) sabiendo que
@F'(x) = 3x2- 1;
!I(",.,)F"( ) - J? ?
'IE..:9
x - _x + -·y pasa por el punto (2,4) F(O) = 3; F(-1) = 3
@F''(x) = 6; y pasa por los puntos P = (0,3) y Q = (-1,4)
~ F''(x) = J2x + 3. pasa por el punto (0.3) y su derivada se anula en el_ punto de abcisa x = -2;
.. ·_ ..
@calcular las siguientes integrales
3. 1
f
(x4 + 7)x3dx3.3
f
X 2 dxl+x
3. 5
f
tg2x _l_2x dx cos3. 7
f (
1 ++y t;
dx3. 9
f
sen3x cos 3x dx 31l.
f x+ 6¡x
dx 3. 13f
8\ cos~
de3. 2
f
xJ
13 - x2 dx3.4
f
X 4 dx1+x 3.6
f
cosx? dx1 - cos-x 3. 8
f
2x 2 dx1+x
3.Io f Rdx
3. 12
f ( ~
+4~2
) dt3. 14
f
ax+ 0 b dxINTEGRAL DEFINIDA
(D-
Compruebe los siguiente resultados:l.lf ~/4
tg X dx= ~2
l. 3
f ~
14 sen x dx = 1 -i J2
f
rr:/4 1T: 2l. 5
0 elr cosx dx = e
S
1 7
J o
X dx=
_!!_. o a4
+
x4 8a2CALCULO DE AREAS PLANAS
l. 2
f~
14 tan2x dx=
1 -~
n l. 4f ~
are cos x dx=
1l. 6
J ~ (x
3+
2) 5x2 dx=
2i
f
rr:/4 1-F-1. 8
0 e os 2x dx =
2
l. 10 r2
J2 - rx rx
dx= 4J2 -
6@
Utilizando la integral definida, calcule las áreas que se indican:2.1 Área de la región comprendida entre las curvas y= x e y= x2/4
2.2 Área limitada por las curvas y= x2 e y= -3x2 + 1
..1 2.3 Área comprendida entre la curva
~
= 3, la recta x = 1 y el eje de abscisas.-12.4 *Área de un cuadrante de un círculo de radio r.
_, 2.5* Área del circulo de radio r
-'2.6 Área delimitada por las curvas y= cosx, y= O, x = O; x = 2rr.
-T:2.7 Area limitada por la función. j(x)
=
{ 4 si x-
< 3 x2- 5 si x > 3el eje de abscisas, y las rectas y
=
O; y=
4;2.8 Área limitada por la curva y= (x- l)(x
+
2), las rectas x = -3; x = 2 y el eje de abscisasINTEGRALES IMPROPIAS Y EULERIANAS
INTEGRALES IMPROPIAS
@-calcule, si es posible, el valor de las siguientes integrales:
1.1
I +oo
_1 dx1 xs I.-2
J ~
e2x dx 1.3 J~ e-3x dx 1.4J +oo
lnx dxe X
1.5
J o
dx-1
rx
1.6 fl_dxO X
13.-Compruebe los siguientes resultados:
l.lJ ~
xJxe-x dx= 3f
l. 3
J +oo
e-x x2 dx = 3r( .±.)o ~ 3
l. 5
J ~
e-x2x2 dx =~
l. 7 J~ e-krcx- 2)2 dx
=
1.9f
oJT=X fi
dx=.!L2
I
rrn8
1.11
0 cos5x sen2x dx
=
105 1.13
J +oo ,e;;
dx=
3r(4/3)o 4x2
1.2
J~
x 2e-x dx=
2 l. 4J +oo
o e-xl. 4x3 dx=
29*
3l. 6 J~ e-(x+1) X
1.8f
dx .1Lo~ 2
l.lüf3 1 dx=;r
2 j(3-x)(x-2)
l. 12
J ~
12 cos4x sen4x dx= .] 5 ~
1.14
J ~x
7e-x
dx=
24*
32*
5*
7LÍMITES 1 CONTINUIDAD
EJERCICIOS
1. Calcular los limites si existen de las siguientes funciones. En caso de no existir explicar la razón de su no existencia
l. xy
a. i. lffi(x,y)-(0,0) 2 2
X +y
. x3 + y3
ii. llmcx,y)-(O,o) 2 2
X +y
. xy-x+y
iii. lliD(x,y,z)-+(0,0) X+ Y
iv. j(x,y)
~
{ ;: : ; ' si x2 +y =1= O
si x2 +y =t= O
x4 + y4
V. j( X, y) = ---"---,-
(x2 + y4)3 -t vi. j(x,y) = sen(xy)
Jxz
+ y2-tvii. j(x,y) = x21n(x2 + y2)
"'S~'( )- ( x 2 2 l ) C I I
t VIII. ea1,x,y- x+y'x +ysenxy acuar
limcxJ•Ho.o;/(x,y)
b. Hallar la continuidad de las funciones
{
x2 _ y2 i. f(x,y) = xz
+
y2. o
si (x,y) =t= (0,0) si (x,y) =t= (0, O)
->.¡ iL j(x,y) = [x +y+ z, sen(x +y), tang(x-y)] en (0,0)
{
xy2
-l:::iii. j(x,y) = jx4 + y8
(0,0)
si (x,y) =t= (0,0)
si (x,y) =t= (0, O)
1
-\-2.
i-3.
\,!Q.lo,
+- r rn
. r ; / Yt'\1 t
~ / / ""-, o
Estudiar la continuidad de la función.f(x,y) = 2x- 2 en el conjunto
X +y
A = {(x,y) /O:::; x2 + y2 :::; 1}. Razónese si.f(A) es un conjunto acotado y sij alcanza sus valores máximo y mínimo en A.
Estudiar la continuidad de la función
{
2xj;2
si (x,y)
*
(0,0)fix,y).
=
0
x2 + Y2 en el conjunto
si (x,y)
*
(0, O)A = {(x,y) /0 :::; x2 + y2 :::; 1}. Razónese si.f(A) es un conjunto acotado y sij alcanza sus valores
DJ..áximo
y mínimQ.en A. ·2
TEMAS
DERIVADA Y DIFERENCIAL
y..Y..
5.1.- Comprobar los siguientes resultados:a) V./(1,0,0) = (0,-1,-1), siendo flx¡,xz,x3) = X¡ . X¡ +X2 +X3'
b) V./(1,0) = (2a+ 1,2b-1) siendo j(x,y) = ax2 +2bxy-y2 +x-y+ 1
d) Vj(1,2) = (2,0) siendo j(x,y) = xY
e)JJ(1)
~
(~
} siendo J(x)~
(x' + 1,e')f) J./(1, 1) = (
2 1
) , siendo flx,y) = (x2y,x2 + y2) 2 1
g) Jj(O, 1 ,2) = ,
(
1
o o)
2
o o
siendo j(x,y,z) = (xly,ex:)h) JJ(O, 1)
~
(- ~1 ~
) siendo j(x,y)~
(x'(2 +y), x~y
,xy)1)/,.(1, 1) = 1 siendo j(x,y) = 1 +x+ y2; v=(-1,1)
'"(....5.2 Estidar la existencia de derivadas parciales y continuidad de las funciones:
si (x,y)
*
(0, O)si (x.y) = (0, O)
1
(x,y)
*
(0, O)si (x,y) = (0, O)
~ 5.3.-Sea JCx,y) = x2 + y2 {
x3 +y3
si (x,y)
*
(0, O)estudiar la continuidad y existencia de O si (x,y) = (0, O)
derivadas parciales en el punto (O, O).
5.4.-Seaflx,y) =
In( x~
1 )a Calcular el dominio de la funciónf y dibujarlo.
b Calcular la curva de nivel cero y dibujarla.
e Calcular las derivadas parciales
~/
yux
8f
8y ¿Es la función diferenciable en el punto (1, 1)?.
d Calcular la derivada direccional de
f
en el punto (1, 1) en la dirección del vector (0, 1 ).5.5 .-La demanda mensual de freidoras eléctricas viene dada por la funciónfCx,y), donde x representa la cantidad invertida en publicidad, medida en unidades de 1.000 dólares, e y el precio unitario de venta de las freidoras , en dólares.
a) Dé interpretaciones económicas de las derivadas parciales ofl;;y) y
ofl~y)
b) Bajo condiciones económicas normales, ¿cuáles son los signos de estas derivadas?
5.6.- Dada la funciónJCx,y) = (y+x2)lny
a Analizar la diferenciabilidad de flx,y) en R2 y calcular la derivada direccional de JCx,y) en el punto (O, e) según la dirección del vector v = (1, 1).
b Obtener la ecuación del palno tangente a la gráfica dej en el punto (O, e, e). Dar un valor aproximado de fC0'1, e).
5..7 Dada la funciónJCx,y) = eY<I-x2l. Se pide:
a Analizar la diferenciabilidad de flx,y) en R2 y calcular la derivada direccional de flx,y) en el punto (1, 1) según la dirección del vector v = (1,0). ¿Qué relación
tiene este valor con las derivadas parciales de la funciónj en el punto (1, 1)?
b ¿Cuál es la dirección de máximo crecimiento en el punto (1, 1 )?
2
{
x-y ' si (x,y) si (x,y) = =1= (0, O(O, O) ) y g(x,y) = -¡::::::.:;:::::-=2=-
Jy2 - xya Calcular lim f(x,y). ¿Es la función ¡ continua en el punto (O, O)?
(xJIHO,O)
b Analizar la diferenciabilidad de gen su dominio. Calcular el vector gradiente de g en el punto (O, 1 ). ¿Qué podemos decir sobre el carácter creciente o decreciente de la función gen un entorno del punto (O, 1) si mantenemos fija la variable x?
e Calcular la curva de nivel -2 asociada a la función g. ¿Pertenece el punto (O, 1) a esta curva de nivel?
d Calcular la derivada direccional de la función gen el punto (O, 1) según la dirección del vector (1, 1).
5.9 Seaf(x,y) = -¡::::::.~2x:::·=;::
J x2 _
y2a Calcular el dominio de la función¡ ¿Es este dominio compacto?
b Calcular lim f(x,y). ¿Es la funciónj continua en el punto (0,0)? ¿Y
(xJI)~(O,O)
diferenciable?
e Analizar la diferenciabilidad de f(x,y) en su dominio. Calcular el vector gradiente de f(x,y) en el punto (5,4). ¿Qué podemos deducir sobre el carácter creciente o
decreciente de la funciónj en un entorno del punto (5,4) si mantenemos fija la variable x?
d Calcular la curva de nivel f a la que pertenece el punto (5,4).
e ¿Cuál es la dirección de máximo crecimiento en el punto (5,4)?
f ¿Cuál es el valor máximo de la derivada direccional en el punto (5,4)?
g Obtener la ecuación del plano tangente a la gráfica dej en el punto (5,4).
3
MATEMATICAS APLICADAS A LA EMPRESA
TEMA VI: DERIVADAS Y DIFERENCIALES SUCESIVAS
6.1.-Hallar
~~
y~
en las siguientes funciones aplicando la regla de la cadena1. z=e+v siendo u = x2 - 3y; v = sen x + y2 en el punto (0, 1) 2. z=3 u - vu siendo u = x2 + 2y; v = e:x - eY
6.2.- Hallar
~
y~~
en la función z=l~x ,
siendo x = u2 + 2v; y= t2 +u, con u= s + 2t2; v = 2t3 en el punto (1, 1)6. 3.
-Comprobar los siguientes resultados:1.
z~ (x =
1)=
19
°;
siendoz = YI + Y2 YI = 1 -x2, y - 1 .
2y¡ - 3y2' 2 - X '
2.
~~(u=
1, v = O) = -2 siendo y¡z = Y2' u+v
y¡ = U-V '
3.
~
(x = 1 ,y = O) = -1Y - X
I - x+y'
siendo
Y
'=
- _Y_. x- y '6.4.-Ca1cular la matriz Hessiana para cada una de las siguientes funciones
1. JCx,y) = x2e2Y en a( -2, O) 2. JCx,y) = e:x=sen'xz en a = (0,0)
3. Dada la función z = Ln(x2 + y2>, compruebese que
8~z
+8~z
= O _ 8 X 8-y6.5.-
Seaf :
R2 --> R2 con JCO,O) = (1, 1) y g.: R2 -:-R
con g(x,y) = x2 +y1. Sea h
=
g of
Si la matdz Jacobiana def
en (0, O) es (~;
(0, O) =4 y~
(0, O) = 5 ¿Es afirmativo el enunciado?) entonces 2 3
2. Si fCx,y) = (x + y,x-y) y g : R2 -+ R. o Supongamos que
~!
(1, 1) = 1 y~
(1,1) = 2 y se h = (go/)0 LamatrizJacobianade henelpunto(l,O)es(-3,-1)¿Es afirmativo?
6.6.- Se consideran las funciones f: R2 -+ R y
g :
R2 -+ R definidas por JCx,y) = (y+ cosx,x + eY)g(t,u) = t+ u
Comprobar que fy g son diferenciables en R2 o Calcular la diferencial de la función compuesta F = (g o/) en (O, O) o Calcular la derivada de F en el punto (0,0) según el vector v=(2, 1)
6 .7.-
Dada la funciónJCx,y) = 2 Jx2 + y21. Obtener la ecuación del plano tangente a la gráfica dejen el punto (3,4,2/5).
20 Calcular la derivada parcial segunda
0 :~
en el punto (3,4)30 Calcular la derivada parcial segunda
s:oy
en el punto (3,4)0 ¿Podemos saber el uyuxvalor de
o~Yx
(3, 4) sin calcularlo directamente? o Razonar la respuesta4. Calcular los polinomio de Taylor de grado 1 y grado 2 en el punto (3, 4) 50 Dar un valor aproximado defC3'02, 3'99)
FUNCIONES HOMOGÉNEAS
6.8.-0Dada la funciónfCx,y,z), homogénea de grado+, tal que fx(l,2,3) = -1; /;(1,2,3) = 2, /:(1,2,3) = 1, hallarfC1,2,3)o
3x2 +xy- y2 6.9.-0- Dada la función fCx,y) =e x2 + Y2
2
Ejercicios de Optimización
l.
Demostrar que el conjunto {(x
,y)
EIR
2 /ax +by+ ez::; d, a, b, e,
dEIR} es un conjunto convexo.
2. Estudiar si el conjunto de soluciones de un sistema de ecuaciónes lineales con coeficientes reales es un conjunto convexo
.3. Estudiar si
lafunción j(x, y) = ax +by+ cz + d con a, b, e, d
EIR es una función convexa. ¿Es estríctamente convexa?
4. Demostrar que
lafunción f ( x , y)
=4x
2e
Y -2x
4 -e
4Ytiene dos máximos relativos
yningún mínimo.
5. Estudiar los puntos críticos de las siguientes funciones
yclasificarlos
f(x ,y) j(x , y)
x
3 -3xy + y
3x
2+ (y
2-1) (z -1)
6. Hallar
losmáximos
ymínimos relativos de
lafunciones
:j(x , y) (2x + y
2)ex j(x,y) (x- y)ex+y J(x , y) y
2ln(x-y) f (x , y) x
2 -4xy
2+ 4y
4J(x , y) (2x-;-
1)2+ 10(y + 3)
2-xy f(x , y,z ) 2x
3+ y
2 - z2+ 3xy- 5z
7. Demostrar que la funcíon J(x , y) = (x+ 1)
2+y
2tiene míniú: J.O
, condicionadoa la relación
y2 = x3en el punto (0, O)
ysin embargo no existe A que verifique
las condicionesdel Teorema de Lagrange. ¿Existe contradicción?.
1
8. Hallar las soluciones a los siguientes problemas de optimización restringida utilizando el método de los multiplicadores de Lagrange.
(a) max (x +y) sujeta a x
2+y=
l.(b) min (x
2+
y2)sujeta a x +
2y =4.
(e) opt (xy) sujeto a x
2+ y
2= 2.
(d
)max (xy
2+ x
2y) sujeto a x +y=
l.(e) opt
(2x+y) sujeto a xy
= 32.(f) opt (xy) sujeto a x
2+ y
2= 2.
(g) opt (x
2+ y
2+
z2)sujeto a x +y+ z
= l.{
x+y+ z =1 (h) opt (x
2 -2z
2 -xy) sujeto a
X - Z = -
4
9. Determinar la relación entre
losparámetros a
y b para que elpunto (1, O) sea un punto crítico del problema
max (x
2+ axy + by
2)sujeto a (x-y)= 1
10. Resolver el siguiente programa matemático utilizando el método de resolu- ción gráfica
,•
max (x-
4y) s.a.y-x::S:1
2x- 8y :::; O o::;x::;3
o::;y
11. Resolver el siguiente programa matemático utilizando el método de resolu- ción gráfica
max
ymin
(2x - 4y) s.a.2
y-x::S:1
X - 4y ::S: Ü
o::;x
o ::; y
~~-:---· ....
f '
/ ·'f' \
! ..) ./
'---·/
MATEMAT~CAS PARA lA EMPRESA ~~
EJERCICIOS PARTE 1 CALCULO EN VARIAS VARIABLES Tema 1° Cálculo en varias variables
1°.- Determinar si son abiertos o cerrados los siguientes conjuntos, puntos interioress exteriores, frontera, acumulación
A) a).-A={(x,y) E R2/x2 + y2
<
1} b).- B=
{(x,y) E R2/1 < x2 + y2 :::; 2}e).- C
=
{(x,y) E R2/x > O,y >O} U {(-1,-1)} el) D=
{(x,y) E R2/(x- 1)2 +(y- 3)2 :S 4}e).- Dado el conjunto A = {
t, t}
U {O} estudiar los puntos O,t. f,
3B).-Representar graficamente las curvas de nivel de lo siguientes campos escalares a).-j(x,y)
=
xyb) j(x,y) = e2x-y
b).-j(x,y)
=
x2+
y2 e).- j(x,y) =y- x22°.- Calcular los limítes si existen de las siguientes funciones
A) . xy
a) hill(XJ') ... (0,0) 2 2
X +y b) . x3 + y3
hmcx,y) ... (O,O) 2 2 X +y
) . xy+z
C hm(x,y,z) ... (O,O,O) X+ y+ z según el vector v=(í ,2, 1)
d) Sea f(x,y)= ( x ¡Y ,x2
+
y2 sen }y ) Calcular limcxJ'Ho.o)/'(x,y) B)- Hallar la continuidad de las funcionessi (x,y)
*
(0,0) si (x,y)*
(0, O)b).- j(x,y) = [x +y+ z, sen(x +y), tang(x-y] en (0,0)
{
xy2
e).-J(x,y)
~ e/~;+
y8 si (x,y)*
(0, O)si (x,y)
*
(0, O)1
Tema 2°.y 3°- Derivada y diferencial en campos escalares y vectoriales, , Derivadas
y
diferenciales sucesivas1.- Calcular, aplicando la defnición, las derivadas parciales de primer orden de las funciones:
a).-j(x,y) = x+y x _Y en el punto (2,3)
2 2
{
xy b).:fCx,y)
=
x O+ y(x,y) =1= (O, O) (x,y)
=
(0, O)2.- Utilizando las reglas prácticas de la derivación parcial, estudiar las derivadas
parciales y los gradientes de las funciones : a). j(x,y,z) = xy + xz + yz
c).j(x,y)
=
exy +A
_ _ x+y+z e). j(x,y,z) - xyz g).j(f,k)
=
(Aka+
Jf3)b)JCx,y,z) = x + sen(xy) + Ln(xz)
d)JCx,y)
=
m-csen(l +l)
( x+
y)
f) JCx,y) = Ln x-y
(2,2)
h)-j(x,y,z)
=
LnJx2 + ay2 + bz218 ada la función . j(x,y,z) = x2- 2xy + z3 Hallar las derivadas de
f
en la dirección del vector v = (-1,3, 1) en el punto (1 ,-1 ,2) . . Obtener el gradiente defen el punto (1,1,).
~-
Se considera la superficie z=
x2+
2y2. Hallar el plano tangente, / A--<
+
\~ 'i+ C
~ J_ r) ~Oa la misma que sea paralelo al plano x + 2y-z
=
1 O ;f,2_ , - - ¿
@ sea f: D e R2 ... R. E sea a= (1,2) e D, tal que el gradj(a)
=
(3,4)¿Se puede asegurar que
f
es diferenciable en a ? ¿ Se puede asegurar que fes continua ena?.
En el caso de ser diferenciable, calcular la diferncial en a ./~\
( ~ J
Sean las funciones j(x,y) = xy +l ,
h(x,y,z) = ex+ y senz. Calcular:
.
~) son
diferenciables en a=
(4, 1) y2
g(x,y) = jX
+ JY'
la función h en b = (0, 1, O)
d). Sea z == (u+ .xy2)2 siendo x == u+ v, y == uv. Calcular gad z(uo, vo). con (uo, vo) == (1, 1), utilizando la regla de la cadena 6.- a) Obtener el grado de homogeneidad y comprobara si cumple el
teorema de Euler, las funciones:
a) flx,y) == x2
+
y2 - Sxy__L
b), g(x,y,z) == xye x2 para x *O e). h(x,) == (x3 +x2y)+
7.- Utilizar la formula de Taylor para desarrollar las funciones a) y b) en potencias de (x-1) e (y-2)
b) g(x,y) == x2