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La variación de un fenómeno a través del tiempo



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            Hipótesis 
    Actividad de personalización  
    La producción de acero en Monterrey Nuevo León, en millones de toneladas durante el 
    año de 1992ª partir del mes de Enero, se muestra en la tabla. 
    Ene.  Feb.  Mar.  Abr.  May.  Jun. 
    Jul.  Ago.  Sep.  Oct.  Nov.  Dic. 
    Meses  1  2  3  4  5  6 
    7  8  9  10  11  12 
    Producción  6.7  8.5  8.9  7.8 
    9.7  10.5 9.3  11.2  8.8  11.7 
    11.5  11.9     
    1.- Tomando valores consecutivos, ¿para que intervalo de meses ña producción de acero 
    fue mayor y de cuanto fue? 
    De septiembre a Octubre el lapso de mayor venta 
    2.- ¿Podrías calcular, con una muy buena aproximación, que producción hubo el 15 de 
    junio?  5.25% de porcentaje 
    En esta unidad aprenderás los conceptos de razón de cambio de promedio y razón de 
    cambio instantáneo para que los utilices en la solución de diversos problemas.                    
    La aproximación de la razón de cambio promedio a la instantánea nos producirá al 
    concento de derivada. 
    ¿Son importantes las razones de cambio?                                                                                                         
    Describe tu propia hipótesis 

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     Importantes para la elaboración de intervalos de las ventas y perdidas de la empresa 
    esto tiene como importancia saber cuando es que la empresa vende mucho o poco para  
    tener una idea de las perdidas y ganancias de la entidad. 
                                                 Consulta 
    Actividad de aprendizaje para el descubrimiento
    El concepto de derivada de una función matemática se halla íntimamente relacionado con 
    la noción de límite. Así, la derivada se entiende como la variación que experimenta la 
    función de forma instantánea, es decir, entre cada dos puntos de su dominio 
    suficientemente próximos entre sí. La idea de instantaneidad que transmite la derivada 
    posee múltiples aplicaciones en la descripción de los fenómenos científicos, tanto 
    naturales como sociales.   Derivada de una
    función en un punto
    Dada una función f (x), y considerado un punto a de su dominio, se llama derivada de la 
    función en ese punto, denotada como f ¿ (a), al siguiente límite: 
     
    Este límite también puede expresarse de las dos formas alternativas siguientes: 
     
    Apoyo gráfico para la definición de derivada en un punto. 
    Interpretación geométrica de la derivada 
    La definición de derivada tiene mucho que ver con el concepto de variación instantánea. 
    Teniendo en cuenta que el cociente: 

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    expresa la pendiente de la recta que pasa por (a, f (a)) y (b, f(b)), es lógico pensar que si b 
    y a están muy próximos entre sí, separados por un valor h que tiende a cero, esta recta se 
    aproximará a la recta tangente a la función en el punto x = a. 
    Tal es la interpretación geométrica de la derivada de una función en un punto: coincide 
    con la pendiente de la recta tangente a la función en dicho punto. 
     
    La derivada de una función en un punto coincide con la pendiente de la recta tangente a la 
    función en dicho punto. 
    Derivadas laterales  Como  sucedía 
    con  los  límites,  se  pueden 
    definir  los  conceptos  de derivadas 
    laterales de 
    una función en un punto. 
    Dada  una  función  f  (x) 
    y  considerado  un  punto  a  de 
    su  dominio  de  definición,  se 
    define 
    su derivada por la derecha, y se denota como f ¿ (a+), al límite siguiente: 
     
    Por su parte, la derivada por la izquierda de f (x) en el punto a, denotada por f ¿ (a-), se 
    define como el siguiente límite: 
     
    Una función se dice derivable cuando tiene derivadas por la derecha y por la izquierda, y 
    sus valores coinciden.   
    Interpretación geométrica 
    Dada una función f (x), se define variación de la función entre dos puntos de su dominio 
    x1 y  x2,  siendo  x1 < 
    x2, x2,  a a  la la 
    diferencia diferencia  f f 
    (x2) (x2)  - -  f  (x1). 
    Cuando  esta  diferencia  es  positiva, 
    la 
    función es creciente en el punto; si es negativa, la función es decreciente. 
    Relacionada  con  este  concepto,  se 
    llama variación  media de  una 
    función  f  (x)  en  un 
    intervalo [a, b] al cociente siguiente: 

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    El valor de este cociente coincide con la pendiente de la recta que pasa por los puntos de 
    coordenadas (a, f (a)) y (b, f (b)). 
    Cuando los dos puntos del intervalo [a,b] están lo suficientemente próximos entre sí, el 
    cociente anterior indica la variación instantánea de la función. En tal caso, el valor de b 
    podría expresarse como b = a + h, siendo h un valor infinitamente pequeño. 
      Y 
                     (c, f ( c ) )      
         
                                                                                                        ( x, f ( x ) ) 
                                                                               
     
    La pendiente de la recta secante que pasa por los puntos (c, f ( c ) ) y ( x, f ( x ) ) es                 
    f ( x ) – f ( c )                                                                                                                                                       
    .       x-c   
    Ahora mantendremos fijo el punto (c, f ( c ) )  y acercaremos x a c; la situación geométrica se 
    muestra como sigue:     
       (c, f ( c ) )                                                                                                                             
                                                                                           
                                                                                                                   ( x, f ( x ) )
                                                                                                            
                                                                                                                                                                                                               
                                                      
                                        
                                                       
          
                           X         c           

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     la n.   se    e  e  o, 
     
    Cuanddo X suficiente mente prróxima de C, la recta secante esta muy próxima a lo que 
    llamarremos recta tangente al grafico de f en el puntoo (c, f ( c ) ). DDefinición. 
     
    Una reecta tangentte a una curvva en un punnto, es una rrecta que al pasar por diicho punto y
    que enn dicho puntto tiene la mmisma pendieente de la cuurva. La rectta tangente ees un caso 
    particuular de espaacio tangentee a una varieedad diferennciable de diimensión 1 
      Sea   una curva, y
     un punto regular dee esta, es deccir, un puntoo no angulosso donde la 
    curva es diferenciaable, y por tanto en 
    a curva no cambia repenntinamente de dirección
    La tangente a   en
     es la reccta 
     que ppasa por 
    y que tiene lla misma dirrección que 
     alredeedor de  . 
    La tangente es la pposición límite de la rectta secante (
    ) (el segmento 
    llama cuerda de laa curva), cuaando 
     es uun punto de
     que se aproxima indeefinidamente
    al punnto   (
     se desplaza suucesivamente por 
    Si 
     reepresenta unna función f (no es el casso en el gráffico precedente), entoncces la 
    recta 
     tendrá como coeficciente directtor (o pendieente): 
      Donde
     son las coordeenadas del punto 
     y   las deel punto 
    . Por lo tanto
    la pendiente de la tangente TA será: 
     
    Es, por definición, f '(a), la derrivada de f en a. 

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    :  .  . Si  os re co or
    La ecuuación de la ttangente es 
     
    La rectta ortogonal a la tangennte 
     que pasa por el punto 
     se denommina recta 
    normaal y su pendiente, en un sistema de coordenadas ortonormaales, es dadaa por 
    Siendoo su ecuación:   
    suponiendo claro está que 
     entoncces la recta nnormal es 
    simpleemente 
    . Esta recta no intervienne en el 
        Bloquue 3 distanccia entre los dos punto que
    deteerminan una ecta secantte tiende a 0, es decir se transforrma
    la recta secante en una recta tangente. Con esa
    interppretación, pueden deteerminarse muchas propieedades
    geoométricas de los gráficcos de funcciones, tales
    como conccavidad o convexidad.  En cieertas ciudaddes el
    preccio del transsporte en auutobús es de $6 sin impportar
    la disttancia que se desplacce el pasajeero si analizamos esta
    situación mediante la herramienta del cálcculo
    difereencias tenemmos que dicha situacióón es una
    función que relaciona el precio on la disttancia recorrida
    repressentada po X, con lo que tenemos que:

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    ? ? F(x)=6. X(km) 1 5 8 10 15 20 F(x) (pesos) 6 6 6 6 6 6
    Realizamos la grafica correspondiente: GRAFICA Observamos que es
    una función constante; sin importar el numero de
    kilómetros recorridos en el autobús, el pago del
    pasaje es el mismo, $6.  Si definimos la tangente del
    ángulo de inclinación de una recta como: Tan a=
    donde ?x ? 0, ¿Qué signo significa ?x?

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    = ? ? 0. GRAFICA Quedando para esta función: Tana= ?=tan =
    = 0 lo que indica que el ángulo de inclinación es:
    0 =0 , que corresponde a una línea horizontal.
    También la expresión: Representa una razón
    de cambio, lo que quiere decir cuanto cambia la magnitud variable
    de pendiente y con respecto al cambio de la magnitud variable
    independiente X. En este cazo observamos que la razón de
    cambio es 0, que quiere decir que el cambio de la magnitud
    variable, precio del pasaje (dependiente), no cambia el respecto
    al cambio de la magnitud variable, kilómetros recorridos
    (independiente). Si este cálculo se quiere hacer puntual,
    hacemos que la diferencia de kilometraje sea cada ves mas
    pequeña, es decir, que tienda a cero: ?x Como se vio en el
    bloque anterior, esto quiere decir que se calculara la pendiente
    puntual de la función: lim

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    Esta expresión es uno de los conceptos
    fundaménteles del calculo y se llama derivada de la
    función en X: lim Donde =6 Entonces tenemos: lim 6 6 0 Con
    lo que podemos ver que la derivada de una función
    constante es igual a cero. Es un contexto cotidiano podemos
    encontrar la función mencionada anterior mente; por
    ejemplo, la situación de viajar en un taxi en el que su
    tarifa esta en función del tiempo transcurrido nos
    servirá para analizar un comportamiento variable, ya no
    constante. El servicio de un taxi (con taxímetro) cobra
    una cantidad de $20 al iniciar el viaje (común mente
    llamado banderazo de salida), y $10 por cada 5 kilómetros
    trascurridos. Si tabulamos esta situación llamando d la
    distancia transcurrida y c al costo por pagar nos queda:

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    D(km) 0 5 10 15 20 C(d) (pesos) 20 30 40 50 60 Esta cituacion
    real queda representada por la función: C(d)=10d+20
    Realicemos la grafica correspondiente: GRAFICA En este caso:
    Tana= ? ? 10 Esta razón de cambio significa que por cada
    kilometro que recorre el pasajero en el taxi, estará
    pagando $10 mas. Si ahora se hace el incremento de a variable
    independiente cada ves mas pequeño, es decir que tiende a
    cero, y calculamos ese limite, estaremos ablando de la tangente
    de la función. Con la formula: lim

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    Aplicándola a este caso real, tenemos:
    F(d+h)=10(d+h)+20=10d+10h =lim =lim lim =lim10 10 En un
    laboratorio se están realizando pruebas sobre el
    comportamiento de una virus en una siclo de temperatura durante
    un día. Los datos registrados de las temperaturas respecto
    al tiempo son: Horario H(hrs) 0 5 10 12 15 20 24 Cuya
    función queda definida por: Temperatura t(°C) 6 101
    146 150 141 86 6 H(t)=-t t 12 +150 H(t)=-( 24 144 150 +24t+6 Con
    esta información podemos obtener el grafico siguiente:
    GRAFICA

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    Ahora, si calculamos el limite de la definición de
    tangente cuando el incremento de la variable independiente tiende
    a cero, nos da la derivada de dicha función: =lim
    Encuentra esta expresión siguiendo los pasos: H(t+h)=-(t
    +24(t+h)+6= =lim = =lim lim ) lim 2 )= lim 24  
    Ejemplos: 
    Recuerda que la definición de derivada es. 
    lim   Encuentra, por definición, 
     para cada caso.  a) 1 lim 2 ² 
     
                       
    lim   –    lim 1 2 2 1 2 ²

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          lim 2 ² 4 2 ² 2 ²   =lim
    ² ² ²     =lim =lim   ²  
    =1 4 1 2(0)  4     3  lim   =lim ³
    ² ² ³ ³   = lim =3 3 0 0     3
    ² lim   1       lim 1 1  

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      =lim   lim ³ 2 ² ² ³ ²
          lim 1   = ²   v lim 1  
    1    lim 1 v 1   lim lim 1 1 v 1 1 v . 1   1
    1 1 v v 1   1   = v lim lim v   1 1 1 v v 1  
    1   1 v 1 1 v   1

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    a       2v 1   1
    Utilizando la definición de derivada f’
    lim , determina:  b)  2 2 4,  3 2  2 lim
    3 2 2 4   2 lim 3 6 2 2 lim 3 2 2     2 2 lim
    3  3  c)  1 1 2  2 4  1 1 lim lim 2
    ² 2 4 2 1 2 1 1 lim 2 1 1   1 lim 2 1 1 1   1 lim
    2 1   1 lim 2 2 2 2  d)   1 4  3 5 4
     

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        3 45 12 33  3 lim 5 ² 4 3 33   3 lim
    3 5 3 11 3 lim 5 11 5 3 11  3 26  e)  4 2 5 4
    3  4 128 80 16 3 35  4 4 4 lim lim lim 2 2 5 5 4 2 4 4
    4 4 4 8   3 32   35   4 lim 2 3 8 2 26 3 4 8 
    4 52    Ejercicio 2 
    Encuentra las derivadas de las siguientes funciones, desarrollando su definición: 
    A)   5 3  ? 5 ? 3  ? 5 5? 5 3 3 5 3   ? ? 5?
    ? ? ? 5 lim 5  5     

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         b) ? ?   2 ?   1  ? ² 2 ?
    2 ? ² ? ² 1  ? 2 ? 1 2 1   lim? 2 ? ? 2 2 ? ?
    ? 0 2? ? 2 2 2   ? ? 2     c) 2  3 ? 3 ? ?
      3 ²? 3 ?² ? ?³ ?t   ? 3 3 ? ? ? 1
      =lim? 3 3 ? ? 3² 1 1       
               

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    Conclusión: El cálculo es una de las herramientas
    mas importantes para el desarrollo de la humanidad, ya que es muy
    esencial para la vida cotidiana. Nos ayuda a resolver hasta lo
    mas fácil, como lo difícil, uno ejemplo seria
    cuando queremos saber la distancia q hay entre un objeto y otro y
    el tiempo en que se puede llegar a uno de ellos. La derivada de
    una función en un cierto punto. Las derivadas son una
    útil herramienta para examinar las gráficas de
    funciones. También el cálculo nos enseña a
    saber cuando una cantidad variable pasa de un valor inicial a
    otro valor, se dice que ha tenido un incremento. Para calcular
    este incremento basta con hallar la diferencia entre el valor
    final y el inicial.

       

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