CONTENIDOS ❚ Cálculo de la velocidad instantánea ❚ Variación instantánea ❚ Cálculo de la derivada de una función constante, proporcional y cuadrática ❚ Derivada y recta tangente En este anexo se tratará de estudiar la velocidad de la variación de unas cantidades con respecto de otras. En muchas ocasiones es interesante estudiar la rapidez con que un proceso se desarrolla. Por ejemplo, con qué rapidez varía una población cuando varía el tiempo. O cómo varía el área de un cuadrado cuando varía la longitud del lado. INTRODUCCIÓN A LA NOCIÓN DE DERIVADA Problema 1 Dos automovilistas partieron de Buenos Aires y llegaron a Mar del Plata al mismo tiempo. Estos gráficos representan la distancia recorrida en cada instante. ¿Por qué los dos gráficos son diferentes si tardaron lo mismo en llegar a Mar del Plata? Si se analiza el problema, se puede observar que, si bien ambos automovilistas reco- rrieron 400 km en 6 horas no lo hicieron de la “misma forma”. ¿Cómo es posible darse cuenta de esto? En el primer gráfico, el automovilista recorrió en 3 horas 100 km, mientras que el segun- do automovilista, en las mismas 3 horas realizó la mitad el trayecto ya que recorrió 200 km. Esto significa que, en ese trayecto, el segundo automovilista fue a mayor velocidad que el primero. Velocidad media = = variación de la posición __________________ variación del tiempo 210 Anexo 4. Introducción a la noción de derivada.
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CONTENIDOS En muchas ocasiones es - ABCservicios2.abc.gov.ar/lainstitucion/revistacomponents/revista/archivos/textos... · Para hallar la velocidad media en el intervalo [2 ; 3] es
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CONTENIDOS
❚ Cálculo de la velocidad
instantánea
❚ Variación instantánea
❚ Cálculo de la derivada de una
función constante, proporcional
y cuadrática
❚ Derivada y recta tangente
En este anexo se tratará de
estudiar la velocidad de la
variación de unas cantidades con
respecto de otras.
En muchas ocasiones es
interesante estudiar la rapidez
con que un proceso se desarrolla.
Por ejemplo, con qué rapidez
varía una población cuando varía
el tiempo. O cómo varía el área
de un cuadrado cuando varía la
longitud del lado.
INTRODUCCIÓN A LA NOCIÓN DE DERIVADA
Problema 1Dos automovilistas partieron de Buenos Aires y llegaron a Mar del Plata al mismo
tiempo. Estos gráficos representan la distancia recorrida en cada instante.
¿Por qué los dos gráficos son diferentes si tardaron lo mismo en llegar a Mar del Plata?
Si se analiza el problema, se puede observar que, si bien ambos automovilistas reco-
rrieron 400 km en 6 horas no lo hicieron de la “misma forma”.
¿Cómo es posible darse cuenta de esto?
En el primer gráfico, el automovilista recorrió en 3 horas 100 km, mientras que el segun-
do automovilista, en las mismas 3 horas realizó la mitad el trayecto ya que recorrió 200 km.
Esto significa que, en ese trayecto, el segundo automovilista fue a mayor velocidad
con la letra griega delta Δ.De este modo, si x es el tiempo e y es la posición se tiene que:Δy = variación de la posiciónΔx = variación del tiempocon lo cual queda la siguiente fórmula:velocidad media =
Δy ___ Δx
Para el segundo automóvil a igual tiempo transcurrido,
se obtiene igual distancia recorrida, mientras que en el primer automóvil a igual tiempo transcurrido, la variación de la distancia recorrida cambia.Más adelante se estudiará qué clase de funciones mantienen esta variación de manera constante.
Sin embargo, como en las 3 horas siguientes ambos automóviles llegaron al mismo
lugar, el primer automovilista tuvo que ir más rápido pues en 3 horas recorrió los 300 km
que le faltaban mientras que el segundo automóvil recorrió en 3 horas también 200 km,
al igual que en las primeras 3 horas.
¿Cómo se puede saber la velocidad media a la que iban ambos automovilistas en las 3
primeras horas y en las horas siguientes?
En el caso del primer automovilista, siguiendo el gráfico, se tiene que en 3 horas recorrió
100 km, por lo tanto se desplazó a una velocidad media de 100 ____ 3 km en 1 hora, lo que es lo
mismo que decir que su velocidad media fue de 100 ____ 3 km/h (que se lee kilómetros por hora).
En cambio el segundo automovilista tuvo una velocidad media de 200 ____ 3 km/h.
Pero en las 3 horas siguientes el primer automóvil se desplazó a un velocidad media
de 300 ____ 3 = 100 km/h mientras que el segundo automóvil siguió mantenido la misma veloci-
dad media ya que en igual tiempo recorrió igual distancia, es decir, 200 ____ 3 km/h.
Si bien en ambos gráficos, a las 6 horas, los automóviles se encontraban a 400 km de
distancia, no fue igual la variación de la distancia recorrida cuando variaba el tiempo.
Por ejemplo, analizando el intervalo de tiempo [0 ; 3], es decir, de 0 hora a 3 horas,
fue mayor la variación de la distancia recorrida por el segundo automóvil.
Pero si se analiza el intervalo de tiempo [3 ; 6] también de 3 horas al igual que el pri-
mer intervalo, fue mayor la variación de la distancia recorrida por el primer automóvil.
También se puede tomar un intervalo hacia la izquierda de a, en este caso, es conve-
niente suponer que h es un valor negativo, por lo tanto a + h es menor que a, de este modo
se tiene el intervalo [a + h ; a]
En ambos casos la variación media es
Variación media = Δf
___ Δx = ƒ(a+h) – ƒ(a)
____________ h
Para calcular la variación instantánea en x = a se necesita que h sea un valor muy chiqui-
to, es decir, que h se aproxime a 0, o tienda a 0.
De este modo, para calcular la variación instantánea se necesita tomar la variación
media en un intervalo de longitud h y hacer que h tienda a 0.
Variación instantánea en a = lím h → 0
ƒ(a+h) –ƒ(a)
___________ h
Si se toma cualquier x y se quiere calcular el valor de la variación instantánea en ese x
se tiene:
Variación instantánea = lím h → 0
ƒ(x+h) –ƒ(x)
___________ h
De esta manera, para cada función ƒ y para cada valor de la variable x se tiene una nueva fun-
ción: variación instantánea de ƒ en cada x que se llama función derivada y se denota ƒ ' (x).
ƒ ' (x) es en cada punto un número que depende de ƒ y de x.
ƒ ' (x) = lím h → 0
ƒ(x+h) – ƒ(x)
___________ h
Si Δf = variación de f y
Δx = variación de x
Variación media = Δf ___ Δx
Variación media de f en el punto a =
f (a + h) – f (a) ___________ a + h – a
= f (a + h) – f (a) ___________ h
Este valor se llama cociente incremental y a h se lo llama incremento de la variable x.
La variación instantánea en el punto a es el valor de
f (a + h) – f (a) ___________ h
cuando h → 0,
o lo que es lo mismo
lím h→0
f (a + h) – f (a) ___________ h
si este valor existe, se lo llama derivada de f en el punto a y se escribe: f ' (a)La derivada f '(x) es el valor al que tienden las variaciones medias cuando h tiende a 0 en un punto x.Si f(x) representa la distancia recorrida por un móvil en función del tiempo, entonces la velocidad del móvil en cada instante cambia según f '(x).