Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

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  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

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    Ejercicios Resueltos de Cálculo Diferencial

    Primer Parcial

    Jorge Eĺıas Chamba Briones

    Ayudante Académico

    FCNM - ESPOL

    2015

    1

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    Contents

    1 Coordenadas Polares 3

    2 Espacios métricos 9

    3 Topoloǵıa de la recta 10

    4 Ĺımites 13

    4.1 Demostracíon formal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    4.2 Cálculo de ĺımites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    5 Continuidad de funciones 31

    6 Teorema de Bolzano 38

    2

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    1 Coordenadas Polares

    1) Gracar y calcular los puntos de intersecci´ on de las siguientes curvas polares:

    r 1(θ) = cos(θ)

    r 2(θ) = sen (2θ)

    Soluci´on:

    Puntos de intersecci´ on:

    cos(θ) = sen (2θ)

    cos(θ) = 2 sen (θ)cos(θ)

    cos(θ)(1 −2sen (θ)) = 0cos(θ) = 0 ∧ 1 −2sen (θ) = 0θ = π2 ∧ sen (θ) = 12 ⇒ θ = π6 , 5 π6θ1 = π2 ⇒ r 1 = 0θ2 = π6 ⇒ r 1 =

    √ 32

    θ3 = 5π6 ⇒ r 1 = −√ 32

    P 1 π2 , 0 , P 2π6 ,

    √ 32 , P 3

    5π6 ,−

    √ 32

    2) Gracar la curva dada en coordenadas polares:

    r = 32

    3 + 5 sen (θ)

    Soluci´on:

    r = 32

    3(1 + 53 sen (θ)) =

    323(1 + 53 sen (θ))

    =325

    53

    1 + 53 cos(θ − π2 )

    e = 53

    (Hip érbola )

    3 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

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    d = 32

    5 φ =

    π2

    3) Bosquejar las curvas r = 6sen (θ), r = 61+2 sen (θ ) y determinar sus puntos de interseccion.

    Soluci´on:

    r = 6

    1 + 2 sen (θ) =

    61 + 2 cos(θ − π2 )

    Excentricidad e = 2 ⇒ Hipérbola

    ed = 6 ⇒ d = 3

    Puntos de intersecci´ on:

    61+2 sen (θ ) = 6sen (θ)

    1 = sen (θ)(1 + 2 sen (θ))

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    2sen 2(θ) + sen (θ) −1 = 0(sen (θ) + 1)(2 sen (θ) −1) = 0sen (θ) = −1 ∧ 2sen (θ) = 1θ = 3π2 ∧ sen (θ) = 12θ =

    3π2 ∧ θ =

    π6 ,

    5π6

    θ = 3π2 ⇒ r = −6θ = π6 ,

    5π6 ⇒ r = 3

    P 1(−6, 3π2 ), P 2(3, π6 ), P 2(3, 5π6 )

    4) Determine la ecuacion cartesiana, correspondiente a r2 − 6r (cos(θ) + sen (θ)) + 9 = 0 y luegobosqueje su gráca.

    Soluci´on:

    x = rcos (θ)

    y = rsen (θ)

    x2 + y2 −6x −6y + 9 = 0x2 −6x + 9 −9 + y2 −6y + 9 −9 + 9 = 0x2 −6x + 9 + y2 −6y + 9 = 9(x −3)2 + ( y −3)2 = 9 ⇒ Circunferencia de radio 3 centrada en (3,3)

    5) Las curvas en coordenadas polares cuyas ecuaciones son r = 2sec (θ ) y r = csc(θ) son tangentes.Graque dichas curvas y determine, en coordenadas polares, su punto de tangencia.

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    Soluci´on:

    2sec (θ ) = csc(θ)

    2cos(θ) = 1sen (θ )

    1 = 2 sen (θ)cos(θ)

    1 = sen (2θ)

    2θ = π2

    θ = π4 ⇒ r = 2cos( π4 ) = √ 2Punto de tangencia: P = √ 2, π4

    6) Sea r(θ) = 1 −2senθa) Bosquejar su gráco

    b) Calcular los puntos de intersecci´ on de r(θ) con la circunferencia r = 2

    1 −2sen (θ) = 2

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    −1 = 2sen (θ)sen (θ) = −12θ = −π6 , −5π6P 1 2, −π6 , P 2 2, −5π6

    7) Considere las ecuaciones polares r = √ 2 y r2 = −4cos(2θ)

    a) Graque las ecuaciones dadas

    Soluci´on:

    b) Sean P y Q los puntos de intersecci´ on de las ecuaciones polares dadas considerando θ ∈ (0, π ).Determine las coordenadas en polares de P y Q.

    Soluci´on:

    2 = −4cos(2θ)cos(2θ) = −122θ = 2π3 ,

    4π3

    θ = π3 , 2π

    3

    P = (√ 2, π3 ) Q = (√ 2, 2π3 )

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    c) Determine la ecuaci´ on polar de la recta l tal que P ∈ l y Q ∈ l.Soluci´on:

    P (√ 2, π3 ) ⇒x = √ 2cos( π3 ) = √ 22y = √ 2sen ( π3 ) = √ 62

    Q(√ 2, 2π3 ) ⇒ x = √ 2cos(2π3 ) = −

    √ 22

    y = √ 2sen ( 2π3 ) = √ 62La recta que pasa por ambos puntos es horizontal ya que la ordenada es igual en los dos puntos.

    Ecuaci ón de la recta en coord. rectangulares y = √ 62rsen (θ) = √ 62Ecuaci ón de la recta en coord. polares r = √ 62sen (θ )

    d) Calique la siguiente proposicion como VERDADERA o FALSA. Justique su respuesta.

    Si θ = 1 es la ecuaci ón de una curva C en coordenadas polares, entonces la gr´ aca de C es una circunferenciacentrada en el polo con radio de longitud 1

    Soluci´on:

    La ecuaci ón θ = 1 es una funci ón de ángulo constante, por lo tanto se reere a la semirecta que forma un ´ angulode 1 radi án con respecto al eje polar.

    La proposici ón es FALSA

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    2 Espacios métricos

    1) Calique cada una de las siguientes proposiciones como VERDADERA o FALSA. Justiquesu respuesta.

    a) Sea X = R . Si d : R ×R →R es una funci´ on denida tal que

    ∀x, y∈R , d(x, y ) = ( x2 −y2)2

    entonces d es una métrica denida en X

    Soluci´on:

    Se puede observar que no se cumple el primer axioma de espacios métricos, ya que si tenemos:

    x = a ∧ y = −a, a ∈Rd(x, y ) = ( a2 −(−a)2)2 = 0Pero x = yLa proposici ón es FALSA.

    b) Sea X = R un conjunto sobre el cual se dene una funcion d : X ×X →R , tal que d(x, y ) = x2 −y2; x, y ∈ X . Entonces la funcion d cumple que:i)

    x, y

    ∈ X : d(x, y ) = 0

    ⇔ x = y, y

    ii)∀x, y ∈ X : d(x, y ) = d(y, x )

    Soluci´on:

    Se puede observar que no se cumple el primer axioma, ya que si tomamos:

    x = a y y = −a, a ∈Rd(x, y ) = 0

    pero x = yLa proposici ón es FALSA

    a) Sea d : R ×R → R es una métrica tal que ∀ p, q ∈ R , d( p, q ) = | p−q|1+ | p−q| entonces x =

    52 ∈ N 12 (2) , es

    decir el punto x = 52 pertenece al entorno con radio de longitud r = 12 y centrada en p = 2

    Soluci´on:

    Debemos probar que d( p, x) ≤ r para vericar que la proposici´ on sea verdadera:d( p, x) = d 2, 52 = |2−

    52 |1+

    |2

    −52

    | = 13

    Dado que 13 < 12 , la proposici ón es VERDADERA

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    3 Topoloǵıa de la recta

    1) Calique cada una de las siguientes proposiciones como VERDADERA o FALSA. Justiquesu respuesta.

    a) Si S = 2n5n +1 , n ∈N , entonces x = 25 es un punto de acumulaci´ on de S

    Soluci´on:

    Tomando limn →∞

    2n5n +1 =

    25

    Por lo tanto, en la vecindad del punto x = 25 existen elementos que son parte del conjunto S , entonces dichopunto es de acumulaci´ on.

    La proposici ón es VERDADERA.

    b) Si A = (−1)n + 1n ; n ∈N entonces el conjunto derivado A = {−1, 1}

    Soluci´on:

    Observamos que si n es par la sucesi´on será de la forma: A = 1 + 1n

    n impar: A = −1 + 1nPara valores de n muy grandes:

    limn →∞

    1 + 1n = 1

    limn →∞−1 +

    1n = −1

    Entonces en la vecindad de los puntos -1 y 1 existen elementos que forman parte del conjunto A, por lo tantoson puntos de acumulaci´ on y forman parte del conjunto derivado.

    La proposici ón es VERDADERA

    2) Dado el conjunto A = x ∈R / x +1x 2 −4 < 0 {6}. Determine A ,int (A) y A.

    Soluci´on:

    Obtenemos los puntos cŕıticos de x +1x 2 −4x + 1 = 0 ⇒ x = −1x2 −4 = 0 ⇒ x = ±2Evaluamos y obtenemos el signo de cada intervalo:

    (-∞, −2) (-2,-1] [-1,2) (2,+ ∞)- + - +

    int (A) = (

    −∞,

    −2) [

    −1, 2)

    A = (−∞, −2] [−1, 2]

    10 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

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    A = A∪A = (−∞, −2] [−1, 2] {6}

    3) Sea A = 2+ nn /n ∈N y f : A →Rf (x) = 2 x + 1

    a) Determine el int (A), A, A

    Soluci´on:

    A = 3, 2, 53

    , 64

    , 75

    , ....

    limn →∞

    2 + n

    n = 1

    int (A) = Ø

    A = {1}

    A = A∪A = 3, 2, 53

    , 64

    , 75

    , .... ∪{1}

    b) Calique como verdadero o falso las siguientes proposiciones y justique formalmente surespuesta

    b1) limx →2

    f (x) = 5

    Soluci´on:

    (Ver continuidad)

    limx →2

    f (x) = f (2)

    x = 2 es un punto aislado, y toda funci´ on es continua en un punto aislado (Ver postulado).

    La proposici ón es VERDADERA

    b2) f es continua en x = 3

    Soluci´on:

    (Ver continuidad)

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    x = 3 es un punto aislado, y toda funci´ on es continua en un punto aislado (Ver postulado).

    La proposici ón es VERDADERA

    b3) limx →1

    f (x) = 3

    Soluci´on:

    x = 1 es un punto de acumulaci´ on

    limx →1

    2x + 1 = 2 + 1 = 3

    La proposici ón es VERDADERA

    b4) Rgf ⊆ (3, 7]

    Soluci´on:

    Domf ⊆ [3, 1)f (3) = 2(3) + 1 = 7

    f (1) = 2 + 1 = 3

    Rgf ⊆ (3, 7]La proposici ón es VERDADERA

    12 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

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    4 Ĺımites

    4.1 Demostrací on formal

    1) Demostrar formalmente que:

    limx →∞

    2x + 1x + 1

    = 2

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x > N →2x +1x +1 −2 < ε

    − 1x +1 < ε|x + 1 | > 1ε1ε < x + 1 < −1ε1ε −1 < x < −1ε −1Tomamos N = 1ε −1Demostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x > 1ε −1 →2x +1x +1 −2 < εx > 1ε −1−1ε −1 > x > 1ε −1−1ε > x + 1 > 1ε

    |x + 1 | > 1ε

    1x +1 < ε

    2x +1 −2x −2x +1 < ε

    2x +1x +1 −2 < ε

    2) Demostrar que:limx →2

    (2x2 + x −4) = 6

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −2| < δ →2x2 + x −4 −6 < ε2x2 + x −10 < ε|(x −2)(2x + 5) | < ε|x −2| < ε2x +5Acotando con δ < 1

    1 < x < 3

    Tomamos la cota superior de x

    13 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

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    δ = ε11

    Demostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −2| < ε11 →2x2 + x −4 −6 < ε|x −2| < ε11

    |x −2| |2x + 5 | < ε11 |2x + 5 |x =3

    2x2 + x −10 < ε2x2 + x −4 −6 < ε

    3) Demostrar utilizando la denici´ on ε −δ que:

    limx →−3

    (x2 + 3 x −1) = −1

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x + 3 | < δ →x2 + 3 x −1 + 1 < εx2 + 3 x < ε

    |x(x + 3) | < ε|x + 3 | < ε|x |Acotando con δ < 1

    −4 < x < −2Tomamos la cota inferior de x (en valor absoluto es mayor que la cota superior)

    δ = ε4

    Demostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x + 3 | < ε4 →x2 + 3 x −1 + 1 < ε|x + 3 | < ε4|x + 3 | |x| < ε4 |x|x = −4x2 + 3 x < ε

    x2 + 3 x −1 + 1 < ε

    4) Demuestre formalmente que:

    limx →2

    2x + 1x + 3

    = 1

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −2| < δ →2x +1x +3 −1 < ε2x +1 −x −3x +3 < ε

    x −2x +3 < ε

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    |x −2| < ε |x −3|Acotando con δ < 1

    1 < x < 3

    Tomamos la cota inferior de x

    δ = 2εDemostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −2| < 2ε →2x +1x +3 −1 < ε|x −2| < 2ε

    x −2x +3 < 2ε|x −3| x =12x −x +1 −3x +3 < 2ε 22x +1x +3 −1 < ε

    5) En el diagrama mostrado a continuaci´ on, graque una funci´ on de variable real f, que satisfagacada una de las siguientes condiciones:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < −2 −x < δ → |f (x) −1| < ε∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < x + 2 < δ → |f (x) + 1 | < ε∀M > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x < −N → f (x) > M ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x| < δ → |f (x) −1| < ε

    M > 0,

    δ > 0,

    x

    ∈R : 0 < 2

    −x < δ

    → f (x) <

    −M

    ∀M > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < x −2 < δ → f (x) > M ∀ε > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x > N → |f (x) + 1 | < εf es decreciente en ( −∞, −2); (0, 2); (2, ∞)f es creciente en (−2, 0)f (−34 ) = f ( 74 ) = f (0) = f (−2) = 0; f (2) = -1

    Soluci´on:

    Se debe transformar cada una de las condiciones de denici´ on formal a ĺımite:

    limx →−2−

    f (x) = 1

    limx →−2+

    f (x) = −1lim

    x →−∞f (x) = + ∞

    limx →0

    f (x) = 1

    limx →2−

    f (x) = −∞lim

    x

    →2+

    f (x) = + ∞lim

    x →+ ∞f (x) = −1

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    6) Bosquejar el gráco de una funcion f que cumpla con las siguientes condiciones:

    f (0) = 0

    f (x) < 0, x ∈ (−∞, 0)f (x) > 0, x ∈ (0, ∞)∀M > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : −δ < x < 0 → f (x) < −M ∀ε > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x > N → |f (x) −1| < ε∀ε > 0,∃N > 0,∀x ∈R : x < −N → |f (x) + 1 | < ε∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < x < δ → |f (x)| < ε

    Soluci´on:

    Se debe transformar cada una de las condiciones de denici´ on formal a ĺımite:

    limx →0−

    f (x) = −∞lim

    x →+ ∞f (x) = 1

    limx →−∞

    f (x) = −1lim

    x →0+f (x) = 0

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    7) Calique la siguiente proposicion como VERDADERA o FALSA. Justique su respuesta.

    a) Sean f y g funciones tales que g(x) ≤ f (x) para toda x cercana a c, excepto probablemente enx = c, si lim

    x →cg(x) = + ∞, entonces limx →cf (x) = + ∞

    Soluci´on:

    limx →c

    g(x) = + ∞ ⇔ ∀M > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −c| < δ → g(x) > M g(x) ≤ f (x)M < g (x) ≤ f (x) ⇒ M < f (x)Dado un entorno alrededor del punto c se puede concluir que M < f (x), o lo que es lo mismo:

    ∀M > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −c| < δ → f (x) > M ⇔ limx →cf (x) = + ∞La proposici ón es VERDADERA

    8) Sea f (x) =

    x2 −1 x ≤ 322x

    32 < x < 2

    √ x −1 x ≥ 2i) Demostrar con que ε, δ que lim

    x →2−f (x) = 1

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < 2 −x < δ →2x −1 < ε2−xx < ε

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  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

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    |2 −x| < ε |x|Acotando con δ < 1

    1 < x < 3

    Tomamos la cota inferior de x

    −ε < 2 −x < εδ = ε

    Demostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < 2 −x < ε →2x −1 < ε2 −x < ε−ε < 2 −x < ε|2−x ||x | <

    ε

    |x | x =12

    −x

    x < ε2x −1 < ε

    i) Demostrar con que ε, δ que limx →2+

    f (x) = 1

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < x −2 < δ →√ x −1 −1 < ε√ x −1 −1 |

    √ x −1+1 ||√ x −1+1 |

    < ε

    x −2√ x −1+1 < ε

    |x −2| < ε √ x −1 + 1Acotando con δ < 1

    1 < x < 3

    Tomamos la cota inferior de x

    −ε < x −2 < εδ = ε

    Demostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < x −2 < ε →√ x −1 −1 < εx −2 < ε−ε < x −2 < ε

    |x −2||√ x −1+1 |

    < ε|√ x −1+1 |x =1

    x −2√ x −1+1< ε

    (√ x −1−1) (√ x −1+1) √ x

    −1+1 < ε

    √ x −1 −1 < ε

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  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

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    9) Demuestre formalmente, usando la denici´ on de ĺımite con épsilons y deltas, que

    limx →3

    1x

    = 13

    Análisis preliminar:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −3| < δ →1x − 13 < ε3−x3x < ε

    |x −3| < ε |3x|Acotando con δ < 1

    2 < x < 4

    Tomamos la cota inferior de x

    δ = 6εDemostraci´on formal:

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : 0 < |x −3| < 6ε →1x − 13 < ε|x −3| < 6ε|3−x ||3x | <

    |3x | x =21x − 13 < ε

    10) Demuestre formalmente, usando la denici´ on de ĺımite, que

    limx →0

    1x2

    = + ∞

    ∀M > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : |x| < δ → 1x 2 > M |x| < δ |x| |x| < δ |x|x2 < δ |x|1

    x 2 > 1δ|x |

    Acotando con δ < 1

    −1 < x < 1Tomamos la cota inferior de x (podemos tomar cualquiera de las dos cotas en éste caso)

    δ = 1M 1

    x 2 > M

    19 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    20/39

    4.2 Cálculo de ĺımites

    1) Calcule, sin aplicar la Regla de L’hopital, cada uno de los siguientes ĺımites:

    a) limx →∞

    x + ax −1

    x

    limx →∞

    x + ax −1

    x

    = limx →∞

    x −1 + 1 + ax −1

    x

    = limx →∞

    1 + 1 + ax −1

    x − 11+ a1+ ax − 1

    x

    = limx →∞

    1 + 1 + ax −1

    x − 11+ a limx →∞

    x (1+ a )x − 1

    =

    elim

    x →∞ x (1+ a )

    x (1 − 1x ) = e1+ a

    b) limx →0

    e 4 x −e− xx

    limx →0

    e4x −e−xx = limx →0e4x −1 −(e−x −1)x = limx →0

    e4x −1x − limx →0e−x −1x = 4 + 1 = 5

    c) limx →−3−

    µ (−x 2 +9)x 2 +2 x −3

    limx →−3−

    µ(−x2 + 9)x2 + 2 x −3

    = µ(0−)

    0+ = 0

    d) limx →∞

    x √ x2 + 1−

    x

    limx →∞

    x x2 + 1 −x = limx →∞x x2 + 1 −x√ x2 + 1 + x√ x2 + 1 + x = limx →∞

    x√ x2 + 1 + x

    1x1x

    = limx →∞

    1

    1 + 1x 2 + 1=

    12

    e) limx →π

    1−sen ( x2 )(π −x ) 2

    Sea u = π −x x → π u → 0

    limu →0

    1 −cos( u2 )u2

    = limu →0

    1 −cos( u2 )u2

    1 + cos( u2 )1 + cos( u2 )

    = limu →0

    sen 2( u2 )u2(1 + cos( u2 ))

    = 14

    limu →0

    sen ( u2 )u2

    2

    limu →0

    11 + cos( u2 )

    = 18

    f ) limx →2

    x 3 −2x 2 −4x +8x 4 −8x 2 +16

    limx →2

    x3 −2x2 −4x + 8x4

    −8x2 + 16

    = limx →2

    (x + 2)

    (x −2)2(x + 2) 2

    (x

    −2)2

    = limx →2

    1x + 2

    = 14

    20 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    21/39

    g) limx →+ ∞

    cos (3 x 2 )x 2

    −1 ≤ cos(3x2) ≤ 1

    −1

    x2 ≤ cos(3x2)

    x2 ≤ 1x2

    limx →+ ∞−

    1x2

    = 0

    limx →+ ∞

    1x2

    = 0

    Por Teorema del Emparedado se puede concluir que:

    limx →+ ∞cos(3x2)

    x2 = 0

    h) limh → 0

    f (x + h )− f (x )h , si f (x) = ln (2x −1)

    limh →0

    ln (2(x + h) −1) −ln (2x −1)h

    = limh →0

    ln 2x +2 h −12x −1h

    = limh →0

    1h

    ln 1 + 2h2x −1

    = limh →0

    ln 1 + 2h2x −1

    1h

    = ln limh →0

    1 + 2h2x −1

    1h

    = ln limh →0

    1 + 2h2x −1

    2 x−

    12 h

    2

    h

    2 x − 1 1 h = ln e 2

    2 x − 1 = 2

    2x −1

    i) limx →0

    3x −arcsen (x )3x + arctan (x )

    limx →0

    3x −arcsen (x)3x + arctan (x)

    = limx →0

    x(3 − arcsen (x )

    x )

    x(3 + arctan (x )x )=

    3 − limx →0arcsen (x )

    x

    3 + limx →0

    arctan (x )x

    limx →0arcsen (x)

    x Sea : u = arcsen (x) sen (u) = x x → 0 u → 0

    limu →0

    u/usen (u)/u

    = 1

    limu →0

    sen (u )u

    = 1

    limx →0

    arctan (x)x

    Sea : v = arctan (x) tan (v) = x x → 0 v → 0

    limv

    →0

    v/vtan (v)/v

    = 1

    limv→0

    sen (v )

    v

    1

    cos (v )

    = 1

    limv→0

    sen (v )

    v

    = 1

    21 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    22/39

    limx →0

    3x −arcsen (x)3x + arctan (x)

    = 3−13 + 1

    = 24

    = 12

    j) limx →2+

    sgn 1ln (x −2)

    limx →2+

    sgn 1

    ln (x −2)= sgn

    1ln (2+ −2)

    = sgn 1

    ln (0+ )= sgn 0− = −1

    k) limx →∞ x 2 +1x 2 −1

    2 x 3 +3x − 2

    limx →∞ x

    2 + 1x2 −1

    2 x 3 +3x − 2

    = limx →∞

    x2 + 1x2 −1

    2 x 3 +32( x − 2)

    = limx →∞

    x2 −1 + 1 + 1x2 −1

    2 x 3 +32( x − 2)

    = limx →∞

    1 + 2

    x2 −1x 2 − 12

    2x 2 − 1

    2 x 3 +32( x − 2)

    =

    limx →∞

    1 + 2

    x2 −1x 2 − 12

    2x 2 − 1

    2 x 3 +3

    2( x − 2)= e

    limx →∞

    2 x 3 +3( x 2 − 1)( x − 2) = e

    limx →∞

    2 x 3 +3 /x 3

    x 3 − x − 2 x 2 +2 /x 3 = elim

    x →∞

    2+ 3x 3

    1 − 1x 2 −

    2x +

    2x 3 = e2

    l) limx →2+

    √ x −√ 2+ √ x −2√ x 2 −4Primer método:

    limx →2+ √

    x −√ 2 + √ x −2√ x2 −4= lim

    x →2+ √ x −√ 2√ x2 −4

    + √ x −2√ x2 −4= lim

    x →2+ √ x −√ 2√ x2 −4 √

    x + √ 2√ x + √ 2 +

    x −2(x + 2) (x −2)

    limx →2+

    x −2(√ x + √ 2)√ x + 2√ x −2

    + 1x + 2 = limx →2+ √ x −2(√ x + √ 2)√ x + 2 + 1x + 2 = 0 + 12 = 12 Segundo método:

    limx →2+

    √ x −√ 2 + √ x −2√ x2−

    4= lim

    x →2+√ x −√ 2 + √ x −2√ x2

    −4

    √ x + √ 2 + √ x −2√ x + √ 2 + √ x−

    2= lim

    x →2+2x + 2√ x√ x −2 −4√ x2−

    4(√ x + √ 2 + √ x−

    2)

    limx →2+

    2(x −2) + 2√ x√ x −2√ x2 −4(√ x + √ 2 + √ x −2)= lim

    x →2+ √ x −2(2√ x −2 + 2√ x)√ x + 2 √ x −2(√ x + √ 2 + √ x −2)

    = 2√ 22(2√ 2) =

    12

    m) limx →0

    x4sen 1x

    −1 ≤ sen1x ≤ 1

    −x4 ≤ x4sen 1x ≤ x4

    22 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    23/39

    limx →0 −x

    4 = 0

    limx →0

    x4 = 0

    Por teorema del emparedado se concluye:

    limx →0

    x4sen1x

    = 0

    n) limx →0

    √ 1+ xsen (x )−1x 2

    limx →0 1 + xsen (x) −1x2 = limx →0 1 + xsen (x) −1x2 1 + xsen (x) + 1

    1 + xsen (x) + 1

    = limx →0

    1 + xsen (x) − 1x 2(

    1 + xsen (x) + 1)

    =

    limx →0

    sen (x)x

    limx →0

    1

    1 + xsen (x) + 1=

    12

    o) limx →0

    ln (x +2) −ln (2)x

    limx →0

    ln (x + 2) −ln (2)x

    = limx →0

    ln x +22x

    = limx →0

    1x

    ln 1 + x2

    = limx →0

    ln 1 + x2

    1x

    ln limx →0

    1 + x2

    1x

    = ln limx →0

    1 + x2

    2x x2 1 x = ln e

    12 =

    12

    p) limx →π2

    cos (x )x −π2

    limx →π2

    cos(x)x − π2

    Sea u = x − π2

    x → π2

    u → 0

    limu →0cos u + π2

    u = limu →0 −sen (u)

    u = −1

    q) limx →∞

    3x +43x −2

    x

    limx →∞

    3x + 43x −2

    x

    = limx →∞

    3x −2 + 2 + 43x −2

    x

    = limx →∞

    1 + 6

    3x −2x

    = limx →∞

    1 + 6

    3x −23 x − 26

    63 x − 2

    x

    = e limx →∞6 x

    3 x − 2 = elim

    x →∞6

    3 − 2x = e2

    23 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    24/39

    r) limx →1

    3√ x −1x 2 + x −2x

    Sea u = 3√ x x = u3 x → 1 u → 1

    limu →1

    u −1u6 + u3 −2

    u 3

    = limu →1

    u −1 (u −1)(u5 + u4 + u3 + 2 u2 + 2 u + 2)

    u 3

    = limu →1

    1u5 + u4 + u3 + 2 u2 + 2 u + 2

    u 3

    = 19

    s) limx →0

    arcsen (10 x )5x

    Sea u = arcsen (10x) x = sen (u)

    10 x → 0 u → 0

    limu →0

    u

    5 sen (u )10 = lim

    u →02

    sen (u )u

    = 2

    limu →0

    sen (u )u

    = 2

    t) El valor de k , si limx →∞

    (k 2 +9) x 3 −5x −8kx 3 −4x = 6

    limx →∞

    (k2 + 9) x3 −5x −8/x 3kx 3 −4x/x 3

    = limx →∞

    (k2 + 9) − 5x 2 − 8x 3k − 4x 2

    = k2 + 9

    k = 6

    k2 + 9 = 6 k

    ⇒ k2

    −6k + 9 = 0

    (k −3)2 = 0 ⇒ k = 3

    u) limx →0

    (x + ex )1x

    limx →0

    (x + ex )1x = lim

    x →0(1 + ( x + ex −1))

    1x = lim

    x →0(1 + ( x + ex −1))

    1x + e x − 1

    x + e x − 1x =

    limx →0

    (1 + ( x + ex −1))1

    x + e x − 1lim

    x →0x + e x − 1x

    = elim

    x →0x + e x − 1x = e

    limx →0

    1+ ex

    − 1x = e2

    v) limx →0

    (cos(x))1

    x 2

    limx →0

    (cos(x))1

    x 2 = limx →0

    (1 + ( cos(x) −1))1

    x 2 = limx →0

    (1 + ( cos(x) −1))1

    cos ( x ) − 1cos ( x ) − 1

    x 2 =

    limx →0

    (1 + ( cos(x) −1))1

    cos ( x ) − 1limx →0

    cos ( x ) − 1x 2 = elim

    x →0cos ( x ) − 1x 2

    cos ( x )+1cos ( x )+1 = e

    limx →0

    cos 2 ( x ) − 1x 2 ( cos ( x )+1) = e− limx →0sen ( x )x

    2

    limx →01cos ( x )+1 = e−12

    24 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    25/39

    w) Determine el valor de “a” diferente de cero, para que

    limx →+ ∞

    (a2 + 4) x3 + 3 x −4ax 3 −2x

    = 4

    limx →+ ∞

    (a2 + 4) x3 + 3 x −4/x 3ax 3 −2x/x 3

    = limx →+ ∞

    (a2 + 4) + 3x 2 − 4x 3a − 2x 2

    = a2 + 4

    a = 4

    a2 + 4 = 4 a =⇒ (a −2)2 = 0

    a = 2

    x) limx →12

    f (x) y limx →34

    f (x), si f (x) = 2xlim

    x →122x ⇒ limx →12 −

    2x = 1− = 0

    limx →12

    +2x = 1+ = 1

    limx →12 −

    2x = limx →12 +2x

    limx →12

    2x no existe

    limx →34

    2x ⇒ limx →34 −2x =

    32

    − = 1

    limx →34

    +2x =

    32

    + = 1

    limx →34

    2x = 1

    y) limx →+ ∞

    cos ( x )x 2

    −1 ≤ cos( x ) ≤ 1

    − 1x2 ≤

    cos( x )x2 ≤

    1x2

    limx →+ ∞−

    1

    x2 = 0

    25 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    26/39

    limx →+ ∞

    1x2

    = 0

    Por teorema del emparedado se concluye:

    limx →+ ∞

    cos( x )

    x2 = 0

    z) limx →0

    sen (2 x )−xx + tan (4 x )

    limx →0

    sen (2x) −xx + tan (4x)

    = limx →0

    sen (2x) −xx + sen (4 x )cos (4 x )

    = limx →0

    sen (2x) −xxcos (4 x )+ sen (4 x )

    cos (4 x )

    = limx →0

    sen (2 x )4x − x4 x

    xcos (4 x )+ sen (4 x )4xcos (4 x )

    limx

    →0

    12

    sen (2 x )2x − 14

    1cos (4 x )

    cos (4 x )4 +

    sen (4 x )4x

    =12 limx →0

    sen (2 x )2x − 14

    limx →01

    cos (4 x ) limx →0cos (4 x )

    4 + limx →0sen (4 x )

    4x

    =12 − 1414 + 1

    = 1

    5

    a1) limx →0

    23+4

    1x

    limx →0

    23 + 4

    1x ⇒

    limx →0−

    23 + 4

    1x

    = 2

    3 + 4 −∞ =

    23 + 14∞

    = 23

    limx →0+

    23 + 4

    1x

    = 0

    23 = 0

    El ĺımite no existe

    b1) limx →+ ∞

    √ x2 + x −x

    limx →+ ∞ x2 + x −x = limx →+ ∞ x2 + x −x

    √ x2 + x + x√ x2 + x + x = limx →+ ∞

    x2 + x − x2√ x2 + x + x

    limx →+ ∞

    x/x√ x2 + x + x /x = limx →+ ∞

    1

    1 + 1x + 1=

    12

    c1) limx →∞

    xsen 1x + xsen 1x 2

    Sea u = 1x

    x → ∞ u → 0

    limu →0sen (u)u + sen (u

    2

    )u = limu →0sen (u)u + limu →0

    usen (u2

    )u2 = 1 + limu →0u limu →0

    sen (u2

    )u2 = 1

    26 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    27/39

    d1) limx →0

    sen (ax )x

    1+ bx

    limx →0

    sen (ax )x

    1+ bx

    = a limx →0

    sen (ax )ax

    limx →0

    1+ bx

    = a1 = a

    e1) limx →1+

    x 2 −|x −1|−1x 2 −1

    limx →1+

    x2 − |x −1| −1x2 −1

    = limx →1+

    x2 −(x −1) −1x2 −1

    = limx →1+

    x2 −x(x + 1)( x −1)

    = limx →1+

    x (x −1)(x + 1) (x −1)

    limx →1+

    xx + 1

    = 12

    f1) limx →0

    1 + tan 2(√ x) 12 x

    limx →0

    1 + tan 2(√ x) 12 x = limx →0

    1 + tan 2(√ x) 1tan 2 ( √ x ) tan2 ( √ x )2 x = lim

    x →01 + tan 2(√ x) 1tan 2 ( √ x ) limx →0

    tan 2 ( √ x )2 x

    elim

    x →0sen 2 ( √ x )

    2 xcos 2 ( √ x ) = elim

    x →0sen ( √ x )

    √ x2

    limx →0

    12 cos 2 ( √ x ) = e

    12

    2) Calique cada una de las siguientes proposiciones como VERDADERA o FALSA. Justiquesu respuesta.

    a) Si limx →c

    (f + g)(x) existe, entonces limx →c

    f (x) y limx →c

    g(x) existen

    Soluci´on:

    Sea f (x) = µ(x) y g(x) = µ(

    −x)

    (f + g)(x) = 1 ⇒ limx →0(f + g)(x) = 1Pero lim

    x →0f (x) y lim

    x →0g(x) no existen.

    La proposici ón es FALSA.

    b) La ecuaci´ on de la aśıntota oblicua de f (x ) = 4x2 +2 x − 23x − 1 ; x ∈R − 13 es y = 43 x + 1

    Soluci´on:

    La ecuaci ón de la aśıntota es de la forma y = mx + b

    27 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    28/39

    Donde:

    m = limx →∞

    f (x)x

    = limx →∞

    4x2 + 2 x −23x2 −x

    = limx →∞

    4 + 2x − 2x 23 − 1x

    = 43

    b = limx →∞(f (x) −mx ) = limx →∞4x2 + 2 x

    −2

    3x −1 − 4x

    3 = limx →∞10x

    −6

    9x −3 = limx →∞10

    − 6x

    9 − 3x = 10

    9

    y = 4x

    3 +

    109

    4x3

    + 10

    9 = 4x

    3 + 1

    La proposici ón es FALSA

    c) Sea f una funci ón de variable real tal que limx →a

    f (x) no existe, entonces lim[x →a

    f (x)]2 no existe

    Soluci´on:

    Sea f (x) = sgn (x)

    limx →0−

    sgn (x) = limx →0+ sgn (x)

    limx

    →af (x) no existe, pero:

    f 2(x) = sgn2(x) =1 x = 00 x = 0

    El limx →0

    sgn 2(x) existe y es igual a 1.

    La proposici ón es FALSA

    d) La ecuaci´ on de aśıntota oblicua de f con regla de correspondencia f (x) = x3 −1x 2 −1 ; x ∈ R es

    y = −x + 1

    Soluci´on:

    La ecuaci ón de la aśıntota es de la forma y = mx + b

    Donde:

    m = limx →∞

    f (x)x

    = limx →∞

    x3 −1/x 3x3 −x/x 3

    = limx →∞

    1 − 1x 31 − 1x 2

    = 1

    b = limx →∞(f (x) −mx ) = limx →∞x3

    −1

    x2 −1 −x = limx →∞1

    x + 1 = 0

    28 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    29/39

    La ecuacion de la aśıntota oblicua de f es la recta y = x

    La proposici ón es FALSA

    e) Sean f y g dos funciones denidas en I ⊆ R tal que a ∈ I y ∀x ∈ I − {a}, f (x) > g(x). Silimx →a

    f (x) = L y limx →a

    g(x) = M , entonces L > M

    Soluci´on:

    Sea f (x) = x2 y g(x) = −x2 , donde f (x) > g (x) ∀x ∈ I −{0}limx →0

    f (x) = limx →0

    x2 = 0 = L

    limx →0

    g(x) = limx →0 −x

    2 = 0 = M

    No se cumple que L > M ya que L = M

    La proposici ón es FALSA

    f ) limx →π

    sen (π 2x )π 2x = 1

    Soluci´on:

    Resolviendo el lı́mite:

    limx →π

    sen (π2x )π2x

    = sen (π2π )

    π2π

    sen (π2π )π2π = 1

    Hay que tener en cuenta que el lı́mite daŕıa como resultado 1, siempre y cuando se tenga la indeterminaci´ on 00 .

    La proposici ón es FALSA

    g) Si f es una funci´ on de variable real par tal que limx →1

    f (x) = 7 , entonces limx →−1

    f (x) = 7

    Soluci´on:

    Ya que f es par, f (x) = f (−x)limx →1

    f (x) = 7

    limx →−1

    f (x) = limx →−1

    f (−x) sea u = −x x → −1 u → 1lim

    x →−1f (x) = lim

    u →1f (u) = 7

    limx →−1

    f (x) = 7

    La proposici ón es VERDADERA

    29 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    30/39

    h) limx →a

    f (x) existe, siempre que limx →a |f (x)| exista

    Soluci´on:

    Sea f (x) = sgn (x), entonces |f (x)| =1 x = 00 x = 0

    limx →0 |sgn (x)| = 1 (existe y es 1), pero:limx →0

    sgn (x) no existe ya que limx →0−

    sgn (x) = limx →0+ sgn (x)La proposici ón es FALSA

    3) Sea f : X →R donde X = ( −∞, −2)∪(−2, ∞) con regla de correspondenciaf (x) = x

    2 −3x −1(x +2) 2

    a) Calcular:

    i) limx →+ ∞

    f (x)

    Soluci´on:

    limx →+ ∞

    x2 −3x −1/x 2(x + 2) 2/x 2

    = limx →+ ∞

    1 − 3x − 1x 21 + 2x 2

    = 1

    ii) limx

    →−∞f (x)

    Soluci´on:

    limx →−∞

    x2 −3x −1/x 2(x + 2) 2/x 2

    = limx →−∞

    1 − 3x − 1x 21 + 2x 2

    = 1

    iii) limx →−2

    f (x)

    Soluci´on:

    limx →−2

    x2 −3x −1(x + 2) 2

    = ∞iv) De existir establecer las ecuaciones de las aśıntotas.

    Soluci´on:

    La aśıntota horizontal se encontr´ o en i) y ii) (la recta y = 1).

    La aśıntota horizontal se encontr´ o en iii) (la recta x =

    −2).

    Aśıntotas oblicuas no hay, ya que hay aśıntota horizontal.

    30 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    31/39

    5 Continuidad de funciones

    1) Calique cada una de las siguientes proposiciones como VERDADERA o FALSA. Justiquesu respuesta.

    a) Sea f una funcion denida ∀x ∈ R . Si g es continua y f (x) = |g(x)|, ∀x ∈ R ; entonces f (x) tambien escontinua ∀x ∈R .

    Soluci´on:

    Primer método:

    Se utilizar án las propiedades de ĺımites:

    Ya que g es continua en x = a, a ∈R : limx →a g(x) = g(a)

    limx →a f (x) = limx →a |g(x)| = limx →a g(x) = |g(a)|f (a) = |g(a)|limx →a

    f (x) = f (a)

    Por lo tanto, la funci´on f (x) también es continua en x = a, a ∈R .Segundo método:

    Utilizaremos la denici´on formal:

    Si g es continua en x = a, a ∈R :

    ∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R

    : |x −a| < δ → |g(x) −g(a)| < εUtilizando la desigualdad triangular:|g(x) −g(a) + g(a)| ≤ |g(x) −g(a)|+ |g(a)||g(x)| ≤ |g(x) −g(a)|+ |g(a)||g(x)| − |g(a)| ≤ |g(x) −g(a)|− |g(x) −g(a)| ≤ |g(x)| − |g(a)| ≤ |g(x) −g(a)|||g(x)| − |g(a)|| ≤ |g(x) −g(a)| < ε

    ||g(x)

    | − |g(a)

    || < ε

    f (x) = |g(x)||f (x) −f (a)| < ε∀ε > 0,∃δ > 0,∀x ∈R : |x −a| < δ → |f (x) −f (a)| < εPor lo tanto, f (x) también es continua en x = a, a ∈R .La proposici ón es VERDADERA

    31 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    32/39

    b) Si f es una funcion de una variable real tal que toma todos los valores comprendidos entref (a) y f (b), entonces la funcion f es continua en el intervalo [a, b]

    Soluci´on:

    Sea f (x) = tan (x) en el intervalo [0 , 2π3 ]

    La función toma todos los valores comprendidos entre f (0) = 0 y f ( 2π3 ) = −√ 3 pero tiene una aśıntota verticalen x = π2 , es decir, no es continua en dicho intervalo.

    La proposici ón es FALSA

    c) f (x) =3x + |x |7x −5|x | x = 0

    0 x = 0es continua en x = 0

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en x = 0 se debe cumplir que:

    limx →0−

    f (x) = limx →0+

    f (x) = f (0)

    limx →0−

    3x + |x|7x −5 |x|

    = limx →0−

    3x −x7x + 5 x

    = limx →0−

    2 x12 x

    = 16

    limx →0+

    3x + |x|7x −5 |x|

    = limx →0+

    3x + x7x −5x

    = limx →0+

    4 x2 x

    = 2

    16 = 2 = 0

    f no es continua en x = 0

    La proposici ón es FALSA

    d) Sea f (x) =1−cos (2 x )x 0 < x ≤ 1A x = 0

    , si A = 1 entonces f es continua en [0,1]

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en [0,1], la funci ón debe ser continua en x = 0 (por la derecha)

    limx →0+

    f (x) = f (0)

    limx →0+

    1 −cos(2x)x

    = A

    limx →0+1

    −cos(2x)x

    1 + cos(2x)1 + cos(2x) = limx →0+

    1

    −cos2(2x)

    x(1 + cos(2x)) = limx →0+4xsen 2(2x)

    4x2(1 + cos(2x))

    32 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    33/39

    limx →0+

    sen (2x)2x

    2 4x1 + cos(2x)

    = limx →0+

    sen (2x)2x

    2

    limx →0+

    4x1 + cos(2x)

    = 0

    A = 0

    La proposici ón es FALSA

    e) Sea f (x) =cos (x )+1(π −x )2 x = π

    −12 x = π, f es continua en todo R

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en R , la función debe ser continua en x = π

    limx →π f (x) = f (π)

    limx →π

    cos(x) + 1(π −x)2

    Sea u = π −x x → π u → 0

    limu →0

    cos(π −u) + 1u2

    = limu →0

    −cos(u) + 1u2

    cos(u) + 1cos(u) + 1

    = limu →0

    −cos2(u) + 1u2(cos(u) + 1)

    = limu →0

    sen 2(u)u2(cos(u) + 1)

    limu

    →0

    sen (u)u

    2 1cos(u) + 1

    = limu

    →0

    sen (u)u

    2

    limu

    →0

    1cos(u) + 1

    = 12

    12 = −

    12

    La proposici ón es FALSA

    f) La funci´ on f : R →R

    x

    → f (x) =

    x 2 −1x 3 −1 x = 11 x = 1

    es continua en x = 1

    Soluci´on:

    limx →1

    f (x) = f (1)

    limx →1

    x2 −1x3 −1 = lim

    x →1

    (x + 1)( x −1) (x + 1)( x2 + x + 1) = limx →1

    x −1x2 + x + 1 = 0

    33 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    34/39

    1 = 0

    La proposici ón es FALSA

    g) La funci´ on f : R →R con regla de correspondencia f (x) =x

    2

    −1 x < 32 x = 3x −1 x > 3

    es continua en todo

    su dominio

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en R , deberı́a ser continua en x = 3

    limx →3− f (x) = limx →3+ f (x) = f (3)

    limx →3−

    x2 −1 = limx →3+ x −1 = 2

    8 = 2

    La proposici ón es FALSA

    h) La funci´ on de variable real con regla de correspondencia f (x) = 21x x < 0

    x2 x ≥ 0, es continua en

    x = 0

    Soluci´on:

    Si f es continua en x = 0, deberı́a cumplirse que:

    limx →0−

    f (x) = limx →0+

    f (x) = f (0)

    limx →0−

    21x = lim

    x →0+x2 = 0

    limx →0−

    21x = 2 −∞ = 1

    2∞ = 0

    limx →0+

    x2 = 0

    La funci ón f sı́ es continua en x = 0

    La proposici ón es VERDADERA

    34 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    35/39

    2) Determine los valores de las constantes a y b, de ser posible, de modo que la funcion de variablereal

    f (x) =

    ax + b ; x > 2

    9 ; x = 2

    b−ax 2 ; x < 2, sea continua en R .

    Soluci´on:

    La funci ón debe ser continua en x = 2 para que sea continua en R :

    limx →2+

    f (x) = limx →2−

    f (x) = f (2)

    limx →2+

    ax + b = limx →2−

    b−ax 2 = 92a + b = b−4a = 92a =

    −4a

    ⇒a = 0, b = 9

    3) f (x) =3√ a 3 + x −ax x = 01

    12 x = 0

    Determine a tal que f (x) sea continua en el punto x = 0 .

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en x = 0, se debe cumplir que:

    limx →0

    f (x) = f (0)

    limx →0

    3√ a3 + x −ax

    u = 3 a3 + x x = u3 −a3 x → 0 u → alimu →a

    u −au3 −a3

    = limu →a

    u −a (u −a)(u2 + ax + a2)

    = 13a2

    13a2

    = 112 ⇒ a = ±2

    4) Encuentre los valores de a y b para que la funci´ on sea continua en todo reales.

    f (x) =

    2x −1 x < −1ax −b −1≤x < 23 −2x x≥2

    Soluci´on:

    Para que f sea continua en R se debe cumplir que:

    35 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    36/39

    limx →−1−

    f (x) = limx →−1+

    f (x) = f (−1) (5.1)

    limx →−1−

    2x −1 = limx →−1+ ax −b = −a −b

    −3 = −a −b

    limx →2−

    f (x) = limx →2+

    f (x) = f (2) (5.2)

    limx →2−

    ax −b = limx →2+ 3 −2x = f (2)

    2a −b = −1De (1) y (2):

    3a = 2 ⇒ a = 23

    b = 3 −a ⇒ b = 73

    5) Sea f : X →R donde X = {−2, −1, 0} (1, 2] con regla de correspondenciaf (x) = 2x3x +1

    i) Analizar la continuidad de f en (0, 1]

    Soluci´on:

    El intervalo (0 , 1] no pertenece al dominio de f , por lo tanto la funci´on no es continua en dicho intervalo.

    ii) Analizar la continuidad de f en x = −1

    Soluci´on:

    Ya que x = −1 es un punto aislado, la funci´on es continua en un dicho punto (Ver postulado).

    iii) Justicando calicar como Verdadero o Falso : limx →0

    f (x) = f (0)

    Soluci´on:

    Lo que se quiere vericar es que f sea continua en x = 0, y al ser un punto aislado, se sabe que la funci´ on śı escontinua en dicho punto (Ver postulado).

    36 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    37/39

    La proposici ón es VERDADERA

    6) Determine, de ser posible, a, b ∈ R para que la funcion f dada por

    f (x) =

    2

    −x2 x < 1

    ax 2 + bx x ∈ [1, 2]x2 −4 x > 2

    sea continua en R

    Soluci´on:

    Para que la funci´on sea continua en R , debe de ser continua en x = 1 y en x = 2

    limx →1− f (x) = limx →1+ f (x) = f (1) ∧ limx →2− f (x) = limx →2+ f (x) = f (2)lim

    x →1−2 −x2 = limx →1+ ax

    2 + bx = a + b

    1 = a + b

    limx →2−

    ax 2 + bx = limx →2+

    x2 −4 = 4 a + 2 b0 = 4 a + 2 b ⇒ b = −2aa −2a = 1 ⇒ a = −1 ∧ b = 2

    7) Construya de ser posible una funci´ on f continua exactamente en R \{3} tal que la composici´ onfof sea continua en R .

    Soluci´on:

    Sea f (x) =4 x ≥ 33 x < 3

    f no es continua en x = 3, ya que limx →3−

    f (x) = limx →3+ f (x)

    fof =3 f (x)

    ≥ 3

    2 f (x) < 3

    f nunca es menor a 3, por lo tanto:

    fof = 3

    Por lo tanto f of es continua en R

    37 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    38/39

    6 Teorema de Bolzano

    1) Calique cada una de las siguientes proposiciones como VERDADERA o FALSA. Justiquesu respuesta.

    a) La ecuación: 3x2 + ln(x) −2 = 0 tiene al menos una soluci´ on en 12 , 32

    Soluci´on:

    Sea f (x) = 3 x2 + ln(x) −2f (x) es una funci ón continua ya que es la suma de tres funciones continuas, por lo tanto podemos utilizar elTeorema de Bolzano (valor intermedio) para lo cual se debe cumplir que f 12 sea de signo opuesto a f

    32 .

    f 12 = 34 + ln

    12 −2 = −54 + ln 12

    f 32 = 27

    4 + ln32 −2 = 194 + ln 32

    ln 12

    < 0

    −54 + ln 12 < −54ln 32 > 0

    ln 32 + 19

    4 > 19

    4

    f 12 es negativo, mientras que f 32 es positivo, por lo tanto f tiene al menos una soluci´on en el intervalo

    12 ,

    32

    La proposici ón es VERDADERA

    2) Sea P (x) = αx 2 −(α −1)x, donde α < −1. Demostrar que P (x) tiene una ráız en el intervalo [1,2]

    Soluci´on:

    Ya que P (x) es un polinomio, es una funci´on continua, por lo tanto podemos utilizar el Teorema de Bolzano(valor intermedio) para lo cual se debe cumplir que P (1)P (2) < 0, es decir, P (1) debe de ser de signo opuestoa P (2) para que P (x) tenga al menos una cero en dicho intervalo.

    P (1) = α −(α −1) = 1P (2) = 4 α

    −2α + 2 = 2 α + 2

    α < −12α < −22α + 2 < 0

    P (1)P (2) = (1)(2 α + 2) < 0

    Por lo tanto P (x) tiene al menos una ráız en el intervalo [1,2]

    38 Jorge Eĺıas Chamba Briones - 2015

  • 8/18/2019 Ejercicios resueltos de Cálculo Diferencial

    39/39

    3) La ecuaci´ on 2x = 2 −2x tiene al menos una soluci´ on en [0, 1]

    Soluci´on:

    Sea f (x) = 2 x −2 + 2 x, ahora debemos vericar que f tenga al menos un cero en [0,1]f (x) es una funci ón continua ya que es la suma de tres funciones continuas, por lo tanto podemos utilizar elTeorema de Bolzano (valor intermedio) para lo cual se debe cumplir que f (0) sea de signo opuesto a f (1).

    f (0) = 1 −2 = −1f (1) = 2 −2 + 2 = 2f (0) es de signo opuesto que f (1), por lo tanto f tiene al menos una soluci´on en el intervalo [0 , 1]

    La proposici ón es VERDADERA

    4) Sea f (x) = 3 cos3(x)

    − 2x

    − 2, x

    ∈ R . Demuestre que por lo menos una de las ráıces de f se

    encuentra en el intervalo [0, 1].

    Soluci´on:

    f (x) es una funci ón continua ya que es la suma de tres funciones continuas, por lo tanto podemos utilizar elTeorema de Bolzano (valor intermedio) para lo cual se debe cumplir que f (0) sea de signo opuesto a f (1).

    f (0) = 3 −2 = 1f (1) = 3 cos3(1) −4

    cos(1) ≤ 13cos3(1) ≤ 33cos3(1) −4 ≤ −1f (1) ≤ −1f (0) es de signo opuesto que f (1), por lo tanto f tiene al menos una soluci´on en el intervalo [0 , 1]