La Clase 12 lo abre por el final: el ejercicio 7 (derivar un producto con una integral
adentro, y una corrección al pizarrón) y las integrales del 8 con \(e^{x}\) — la que pide una raíz, la
que se resiste al conjugado y la que estrena una sustitución trigonométrica. Los ejercicios de inversas
(1 a 6) y la mitad del 8 quedaron para trabajar en el cuaderno: aquí está el enunciado fiel, una pista, la
respuesta para comparar y la parte del curso donde vive cada herramienta.
El enunciado fiel, y debajo el botón a la parte de la clase interactiva donde se resuelve — o, si quedó
pendiente, la parte donde vive la herramienta. Lo honesto: primero inténtalo en tu cuaderno.
1Dominio, imagen e inversa
Encuentra el dominio, imagen y la función inversa de las siguientes funciones:
✍️ Para tu cuaderno — pendiente en clase; la receta de los cuatro pasos de la Clase 7: despejar \(x\), intercambiar, y cuidar que el dominio de la inversa sea la imagen de la original. Respuestas para comparar: \(f^{-1}(y)=\sqrt[3]{-(y+2)/8}\) (todo \(\mathbb{R}\)); \(g^{-1}(y)=y^2-2\) con \(y\ge0\); \(h^{-1}(y)=\dfrac{4y+5}{y-3}\) (dominio \(x\ne4\), imagen \(y\ne3\)); \(i^{-1}(y)=\dfrac{5-e^{y}}{3}\) (dominio \(x\lt 5/3\), imagen \(\mathbb{R}\)).
Sea \(f\) una función invertible, con inversa \(f^{-1}\), y sea \(g = \dfrac{1}{f^{-1}}\). Si \(f(2) = -3\) y \(f'(2) = \dfrac{2}{3}\), encuentra \(g'(-3)\).
✍️ Para tu cuaderno — pendiente. Las dos armas: \((f^{-1})'(-3) = 1/f'(2) = 3/2\) y \(f^{-1}(-3) = 2\); luego \(g' = -\dfrac{(f^{-1})'}{(f^{-1})^2}\) da \(g'(-3) = -\dfrac{3/2}{4} = -\dfrac38\).
a) Justifica que \(f\) es diferenciable en su dominio. b) Demuestra que \(f\) posee una inversa \(f^{-1}\) en \(\mathbb{R}\). c) Encuentra \((f^{-1})'(3)\).
✍️ Para tu cuaderno — pendiente. \(f'(x) = 21e^{7x} + \sqrt{9+2x^4+x^6} \gt 0\): creciente, luego inyectiva. Como \(f(0) = 3\), \((f^{-1})'(3) = 1/f'(0) = 1/(21+3) = 1/24\).
Sea \(0 \le a \lt b\) y \(f\) no negativa, creciente y continua en \([a,b]\) de modo que \(f^{-1}\) existe. Ver la gráfica.
a) Sean \(A_1\) y \(A_2\) respectivamente las áreas de \(R_1\) y \(R_2\). Muestra que \(A_1 + A_2 = b\,f(b) - a\,f(a)\).
b) Usa el inciso anterior para mostrar que
\(\displaystyle\int_{a}^{b} f(x)\,dx = b\,f(b) - a\,f(a) - \int_{f(a)}^{f(b)} f^{-1}(y)\,dy\).
✍️ Para tu cuaderno — pendiente. (a) es geometría pura: \(R_1 \cup R_2\) es el rectángulo grande \([0,b]\times[0,f(b)]\) menos el rectángulo chico \([0,a]\times[0,f(a)]\). En (b), \(A_2 = \int_a^b f\) y \(A_1\) es la misma región vista desde el eje \(y\): \(\int_{f(a)}^{f(b)} f^{-1}(y)\,dy\).
Encuentra \(x\), si \(\dfrac{3e^{-x} - 2e^{x}}{5} = 1\).
✍️ Para tu cuaderno — pendiente. Multiplica por \(e^x\): \(2e^{2x} + 5e^{x} - 3 = 0\), es decir \((2u-1)(u+3)=0\) con \(u=e^x\). Solo \(u = \tfrac12\) es válida: \(x = -\ln 2\).
✍️ Para tu cuaderno — en (a) el pizarrón dejó \(\bigl(e^{x^2}\bigr)^{1/2} = e^{x}\) y no es: es \(e^{x^2/2}\), y la derivada correcta es \(f'(x) = x^{3}e^{x^{2}}\) — la Clase 12 lo corrige con calma. En (b) la \(e^{2x}\) sale de la integral como factor: producto + TFC con límite compuesto.
✍️ Para tu cuaderno — pendientes (b), (d) y (f), de la misma familia: en (b) \(u = e^{-3x}\) y queda \(\tfrac13\ln|\cos(e^{-3x})| + C\); en (d) \(u = e^{x}\) convierte \(e^{2x}dx\) en \(u\,du\) y el resultado es \(e - e^{2} - \ln(1+e)\); en (f) \(u = e^{w}\) da \(\int_{\pi/4}^{\pi/3}\tan u\,du = \tfrac12\ln 2\). Resultados para comparar: (a) \(2 - \tfrac{2}{\sqrt3}\), (c) \(\ln\tfrac43\), (e) \(\tfrac56\ln(e^{2t}+3) - \tfrac{2t}{3} + C\).
Sea \(f\) una función diferenciable en todo \(\mathbb{R}\). Prueba que para toda función que satisface la ecuación
\(f'(x) = r f(x)\) para todo \(x \in \mathbb{R}\), con \(r \in \mathbb{R}\), existe una constante \(k \in \mathbb{R}\) tal que
\(f(x) = k e^{rx}\) en todo \(\mathbb{R}\).
Muestra la Desigualdad de Jordan, es decir, se satisface:
$$\int_{0}^{\pi/2} e^{-R\operatorname{sen}(x)}\,dx \;\lt\; \frac{\pi}{2R}, \qquad \text{para toda } R \gt 0.$$
Ayuda: muestra primero que \(\operatorname{sen}(x) \ge \dfrac{2x}{\pi}\) para toda \(x \in \bigl[0, \tfrac{\pi}{2}\bigr]\).
✍️ Para tu cuaderno — pendiente. Primera parte: deriva \(g(x) = f(x)e^{-rx}\) y verás que \(g' = 0\), luego \(g\) es constante (Clase 4, corolario del valor medio). Segunda: si \(\operatorname{sen}x \ge 2x/\pi\) entonces \(e^{-R\operatorname{sen}x} \le e^{-2Rx/\pi}\), y la dominancia da \(\int_0^{\pi/2} e^{-2Rx/\pi}dx = \dfrac{\pi}{2R}\bigl(1 - e^{-R}\bigr) \lt \dfrac{\pi}{2R}\). La desigualdad del seno sale de la concavidad en \([0,\pi/2]\): la cuerda queda por debajo de la curva.
La Clase 12 resuelve los ejercicios 7 y 8; las herramientas de inversas están en la
Clase 7 y las de la exponencial en la Clase 10.
¿Vienes del principio? El Laboratorio 4 está antes.