Cálculo I: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 8 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Límites

Sustitución directa
prueba primero x = a; 0/0 significa que hay que simplificar
Factorizar y simplificar
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Conjugado
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Límites en el infinito
divide entre la mayor potencia de x; con grados iguales se obtiene el cociente de los coeficientes principales
Límite notable
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Regla de L'Hôpital
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Derivadas

Regla de la potencia
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Regla del producto
(uv)′ = u′v + uv′
Regla del cociente
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Regla de la cadena
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Derivadas habituales
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Método

  1. Identifica la estructura: suma, producto, cociente o composición.
  2. Aplica la regla de la potencia a cada potencia de x.
  3. Usa la regla del producto, del cociente o de la cadena donde haga falta.
  4. Simplifica y, si se pide, evalúa en el punto.

Optimización

Método
escribe Q(x) con una sola variable, resuelve Q′(x) = 0 y comprueba Q″ o los extremos del intervalo
Máximo
Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Mínimo
Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Cilindro cerrado
V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Beneficio
P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Integrales

Regla de la potencia
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral definida
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrales habituales
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Área entre curvas
∫ab (f − g) dx

Método

  1. Reescribe el integrando como suma de términos sencillos siempre que puedas.
  2. Aplica la regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), y las integrales inmediatas de ex, 1/x, sin y cos.
  3. Usa un cambio de variable cuando veas una función junto con su derivada.
  4. En una integral definida, calcula F(b) − F(a).

2Problemas de práctica

1.LímitesMedia
xyy = L

Halla el límite L = limx→∞ (√(x2 + 10x) − x).

f(x) = √(x2 + 10x) − xx → ∞
L =
2.LímitesDifícil
xyx = 0

Halla el límite L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².

f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.DerivadasMedia
xyx = 2

Sea f(x) = x·sin(3x), con x en radianes. Calcula f′(2).

f(x) = x·sin(3x)x = 2 rad
f′(2) =
4.DerivadasDifícil
xyx = −2

La recta tangente a f(x) = 2x2 + 2x − 1 en x = −2 corta el eje y en y = b. Calcula b.

f(x) = 2x2 + 2x − 1x = −2
b =
5.OptimizaciónMedia
lado de la calle: €30/m€5/myyx

Una parcela rectangular de 300 m² se valla por los cuatro lados. El lado de la calle, de longitud x, cuesta 30 € por metro; los otros tres lados cuestan 5 € por metro. Halla el coste total mínimo C.

A = 300 m²€30/m€5/m
C = €
6.OptimizaciónDifícil
qP(q)máximo

Una empresa vende q unidades por semana. El precio al que puede venderlas es p = 60 − 2q euros por unidad, y el coste es C(q) = 200 + 10q euros. Halla la producción semanal q que maximiza el beneficio.

p = 60 − 2qC = 200 + 10q
q = unidades
7.IntegralesMedia
xy15

Calcula I = ∫15 4/x dx.

f(x) = 4/x[1, 5]
I =
8.IntegralesDifícil
xyy = x2​y = 2x

Calcula el área A de la región encerrada entre y = x2 e y = 2x.

y = x2y = 2x
A =

3Disoluciones

1.Límites

Respuesta: L = 5

Límites: prueba primero la sustitución directa. Si da 0/0, simplifica antes: factoriza y cancela el factor común, o multiplica por el conjugado. Cuando x → ∞, divide numerador y denominador entre la mayor potencia de x. Regla de L'Hôpital: si f/g da 0/0 o ∞/∞, entonces lim f/g = lim f′/g′, derivando el numerador y el denominador por separado (no con la regla del cociente).

Multiplica por el conjugado

f(x) = 10x/(√(x2 + 10x) + x)

Divide entre x

f(x) = 10/(√(1 + 10/x) + 1)

Haz x → ∞

L = 10/(1 + 1) = 5

Respuesta

L = 5
2.Límites

Respuesta: L = 0,125

Límites: prueba primero la sustitución directa. Si da 0/0, simplifica antes: factoriza y cancela el factor común, o multiplica por el conjugado. Cuando x → ∞, divide numerador y denominador entre la mayor potencia de x. Regla de L'Hôpital: si f/g da 0/0 o ∞/∞, entonces lim f/g = lim f′/g′, derivando el numerador y el denominador por separado (no con la regla del cociente).

Primera aplicación

(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0

Segunda aplicación

0,25·e0,5x/2

Sustituye x = 0

L = 0,25·1/2 = 0,125

Respuesta

L = 0,125
3.Derivadas

Respuesta: f′(2) = 5,482

Derivación: la derivada f′(x) es la pendiente de la gráfica en x. Regla de la potencia: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regla del producto: (uv)′ = u′v + uv′. Regla de la cadena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Donde f′(x) = 0 la gráfica tiene tangente horizontal: un máximo, un mínimo o un punto de silla.

Regla del producto y de la cadena

f′(x) = sin(3x) + 3x·cos(3x)

Sustituir

f′(2) = −0,2794 + 6·0,9602 = 5,482

Respuesta

f′(2) = 5,482
4.Derivadas

Respuesta: b = −9

Derivación: la derivada f′(x) es la pendiente de la gráfica en x. Regla de la potencia: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regla del producto: (uv)′ = u′v + uv′. Regla de la cadena: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Donde f′(x) = 0 la gráfica tiene tangente horizontal: un máximo, un mínimo o un punto de silla.

Punto y pendiente

f(−2) = 3
f′(x) = 4x + 2 → f′(−2) = −6

Recta tangente en x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 3 − (−6)·(−2) = −9

Respuesta

b = −9
5.Optimización

Respuesta: C = 648,1 €

Optimización: escribe la magnitud que quieres optimizar como función de una sola variable, usando la restricción para eliminar la otra. Iguala la derivada a cero y resuelve. Comprueba que el punto crítico es un máximo o un mínimo (segunda derivada o cambio de signo de la primera) y que está dentro del intervalo permitido; un extremo como una longitud de lado nula no es la respuesta.

Coste en función de x

C(x) = 35x + 3000/x

Igualar la derivada a cero

C″(x) = 6000/x³ > 0, así que es un mínimo.

x = √(3000/35) = 9,258 m
y = 300/9,258 = 32,4 m

Coste mínimo

C = 35·9,258 + 3000/9,258 = €648,1

Respuesta

C = €648,1
6.Optimización

Respuesta: q = 12,5 unidades

Optimización: escribe la magnitud que quieres optimizar como función de una sola variable, usando la restricción para eliminar la otra. Iguala la derivada a cero y resuelve. Comprueba que el punto crítico es un máximo o un mínimo (segunda derivada o cambio de signo de la primera) y que está dentro del intervalo permitido; un extremo como una longitud de lado nula no es la respuesta.

Función de beneficio

P(q) = (60 − 2q)·q − (200 + 10q) = −2q2 + 50q − 200

Igualar la derivada a cero

P″(q) = −4 < 0, así que es un máximo.

q = 50/4 = 12,5

Precio y beneficio

p = 60 − 2·12,5 = €35
P = 50·12,5 − 2·12,5² − 200 = €112,5

Respuesta

q = 12,5
7.Integrales

Respuesta: I = 6,438

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Primitiva

F(x) = 4·ln x

Evaluar en los límites

I = 4·(ln 5 − ln 1) = 4·ln 5 = 6,438

Respuesta

I = 6,438
8.Integrales

Respuesta: A = 1,333

Integrales definidas: ∫ₐᵇ f(x) dx es el área con signo entre la gráfica y el eje x de a a b. Busca una primitiva F (con F′ = f) y calcula F(b) − F(a). Regla de la potencia: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). El área entre dos curvas es ∫(superior − inferior) dx.

Puntos de corte

x2 = 2x → x = 0, x = 2

Integrar superior menos inferior

A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333

Respuesta

A = 1,333

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