Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
FUNCIONES Autores : César Fernando Velásquez Michue Arturo Ángel Fernández Salazar © Titular de la obra : Asociación Fondo de Investigadores y Editores Editor : Asociación Fondo de Investigadores y Editores Diseño gráfico : Área de cómputo y publicaciones de la Asociación Fondo de Investigadores y Editores © Asociación Fondo de investigadores v Editores Av. Alfonso Ugarte N.° 1426 - Breña. Lima-Perú. Telefax: 332-3786 Para su sello editorial Lumbreras Editores Página web: www.elum breras.com .pe Primera edición: febrero de 2012 Tiraje: 10 000 ejemplares ISBN: 978-612-307-093-9 Registro del proyecto editorial N .° 31501051100862 "Hecho el depósito legal en ia Biblioteca Nacional del Perú" N.° 2012-00626 Prohibida su reproducción total o parcial Derechos reservados D. LEG. N.° 822 Esta obra se terminó de imprimir en los talleres gráficos de la Asociación Fondo de Investigadores y Editores en el mes de febrero de 2012 Calle Las Herramientas N.° 1873 - Lima-Perú. Teléfono: 336-5889 índice . ......................... j * " » PRESEN TACIÓ N ................................................................................................ 7 * M IN TRO D U CCIÓ N ...................................................................................................................................... 9 "■ FUNCIONES Conocimientos previos.......................................................................................................................... 11 Par ordenado........................................................................ 11 Producto cartesiano ....................................................................................................................... 12 Plano cartesiano............................................................................................................................... 13 Relaciones............................................................................................................................................. 14 Funciones...................................................................................................................................................... 16 Definición de una función ........................................................................................................... 17 Dominio y rango de una fu n c ió n ................................... 19 Regla de correspondencia.......................................................................................................... 20 Función real de variable r e a l .................................................................................................... 22 Cálculo del dominio y el rango de una función ............................................................. 23 Gráfica de una función ................................................................................................................. 25 Funciones elem entales.......................................................................................................................... 27 Función constante .......................................................................................................................... 27 Función escalón unitario (|aQ) .................................................................................................... 28 Función signo (sgn)..................................................*....... 30 Función máximo en te ro .............................................................................................................. 31 Función identidad........................................................................................................................... 33 Función valor absoluto.................... 34 Función raíz cuadrada................................................................................................................... 35 Función inverso multiplicativo................................................................................................. 37 Funciones polinom iales........................................................................................................................ 38 Función lin e a l..................................................................................................................................... 38 Función cuadrática ......................................................................................................................... 39 Función cúb ica ........................................................... 42 Función potencial 44 5 Propiedades sobre el trazado de gráficas................................................................................... 44 Por desplazamiento horizontal................................................................................................ 44 Por desplazamiento v e rtica l....................................................................................................... 45 Por doble desplazam iento.......................................................................................................... 45 Por reflexión ......................................................................................................................................... 45 Álgebra de funciones.............................................................................................................................. 48 Igualdad de funciones.................................................................................................................... 48 Unión de funciones........................................................................... 48 Adición de funciones...................................................................................................................... 49 Sustracción de funciones............................................................................. 49 Multiplicación de funciones....................................................................................................... 49 División de funciones..................................................................................................................... 50 Potenciación de funciones.............................¡............................................................................ 50 Composición de funciones.......................................................................................................... 52 Algunas funciones especia les............................................................................................................ 55 Función p a r ................................................................................. 55 Función im p ar..................................................................................................................................... 55 Función periódica.............................................................................................................................. 55 Funciones m onótonas................................................................................................................... 58 Función in ve rsa ........................................................................................................................................... 60 Función inyectiva-.............................................................................................................................. 60 Función suryectiva............................................................................................................................ 63 Función biyectiva .............................................................................................................................. 64 Inversa de una función .................................................................................................................. 65 Algunas funciones trascendentes....................................................................................................69 Función exponencial....................................................................................................................... 69 Función logarítm ica......................................................................................................................... 73 PROBLEM AS RESUELTOS Nivel básico ................................................................................................................................................... 76 Nivel interm edio......................................................................................................................................... 94 Nivel avanzado............................................................................................................................................. 136 l i PROBLEM AS PROPUESTOS Nivel básico ................................................................................................................................................... 160 Nivel interm edio......................................................................................................................................... 169 Nivel avanzado............................................................................................................................................. 181 l l CLAVES............................................................................................................................................................. 189 B IBLIO G RAFÍA ............................................................................................................................................. 190 h P r e se n t a c ió n La Asociación Fondo de Investigadores y Editores - Afined, promotora de Lumbreras Editores, presenta a la comunidad educativa el texto Funciones, perteneciente a una nueva serie de tem as escogidos donde se realza el valor analítico y crítico en la enseñanza de las ciencias. La nueva Colección Temas Selectos se caracteriza por brindar a los alum nos preuniversitarios contenidos dinámicos y precisos que afianzan sus co nocim ientos en tem as específicos en ¡os cursos de m atem áticas, ciencias na turales y razonam iento m atem ático. De esta forma, Lumbreras Editores abre una nueva línea de publicaciones poniendo énfasis en el enfoque didáctico y cuidadoso en la relación teoría-práctica. Hay tem as principales en cada materia que necesitan de mayor profun- dización y análisis para la comprensión y resolución de los ejercicios, por eso nuestra editorial seguirá publicando nuevos títulos hasta com pletar una nu trida colección que permita m antener el reconocimiento y la confianza de los estudiantes, al m anejar una teoría sucinta, directa, con ejercicios aplicativos y problemas resueltos y propuestos por niveles. Lumbreras Editores quiere reconocer el esfuerzo conjunto que ha signi ficado esta publicación, en la cual ha participado un grupo de profesionales de prim er nivei, cuyo esfuerzo es un apoyo fundam ental a nuestro anhelo de una, educación científica y humanística integral, En este proceso, deseamos reconocer la labor de los profesores César Velásquez M ichue y Arturo Fer nández Salazar, de la plana de Álgebra de las academias Aduni y César Valle- jo, por su labor en la elaboración del presente m aterial, gracias a su valiosa trayectoria en la enseñanza preuniversitaria. Asociación Fondo de Investigadores y Editores FUNCIONES l l l CONOCIM IENTOS PREVIOS Antes de iniciar el estudio de las funciones recordaremos brevemente la definición de par ordenado, producto cartesiano , plano cartesiano y relación binarla. PAR ORDENADO El par ordenado es un conjunto que consta de dos elem entos cualesquiera con un orden definido, los cuales son denom inados com ponentes. Se denota de la siguiente manera. Ejemplos De los pares ordenados (-2 ; 5); ( # ; ) y (Eva; José) se sabe lo siguiente: • Las primeras componentes son - 2 ; # y Eva. • Las segundas componentes son 5; -m. ̂ / y José. Teorema Igualdad de pares ordenados Dos pares ordenados son iguales si y solo si sus prim eras y segundas componentes son iguales entre sí, respectivam ente. primera comíiponente— ' I— segunda componente (a; b) = (c; d) <H> a = c y b = d Ejemplos SI (2; 6) = (a; b) <-> o = 2 y b = 6. SI ( - 1 ; m )= (n ;V 3 ) n = - l y 11 LUM BRERAS EDITORES APLICACIÓN 1 Si los pares ordenados (5 ; x 2- 4 ) y (y + 1; 12) son iguales, calcule el m enor valor de x + y . Resolución Por dato Í5 ; x 2- 4 ) = ( y + l ; 1 2 ) 5 = y + l a x 2- 4 = 1 2 o y = 4 a x 2 = 16 ++ y = 4 a ( x = 4 v x= ~ 4). Por lo tanto , el menor valor de x + y es cero. Teorema Sean a y b diferentes, la conm utatlvldad no se cumple con los pares ordenados, o sea (o; b ) * ( b ; a). PRODUCTO CARTESIANO El producto cartesiano de los conjuñtos no vacíos A y B, denotados por A x B , e s el conjunto de to dos los pares ordenados, cuyas*primeras com ponentes pertenecen a A y las segundas componentes pertenecen a B. . ^ , Sim bólicam ente Dados y Btfcfy: A x B = { ( a ; b)/a e A y b e B} Ejemplos Se tienen los conjuntos 4 = { - l ; 0 ; 5} y B ~ {2 ; 4}. I . Para hallar A x B utilicem os el diagrama de Venn. 2. También hallem os 6 x 4 utilizando el diagra ma de Venn. A x 8 = {( - 1; 2), { -1 ; 4), (0; 2), (0; 4), {5; 2), (5; 4 )} /. 6 xA = {(2 ; -1 ) , (2; 0), (2; 5), (4; - 1 ) , {4; 0), (4; 5)} Nota ......... -......—.................— - -....... -.............. ..... ............ . De los ejem plos 1 y 2 podemos notar que el producto cartesiano no es conmutativo, es decir A x S ^ S x A FUNCIONI1. APLICACIÓN 2 Dados los conjuntos A = {x e Z / - l< x < 2 } y B = { a ; b ; c } , halle A x B . Resolución Por dato A tiene elem entos enteros y es de la form a A = {0 ; 1}. Luego, utilizando el diagrama de Vciui se tiene lo siguiente. A x B = { (0 ; a), (0; b), {0 ; c), (1; a), (1; b), (1; c)} Se observa que A tiene 2 elementos, B tiene 3 e le mentos y A x B tiene 6 elementos. Propiedades SI A y B son conjuntos no vacíos se cumple lo siguiente I. A x B ^ B x A II. A x B = B x A si y solo s ( a = b) III. n {A x B ) = n{A)^n(B) Observación n{A): se lee número de elem entos de A. PLANO CARTESIANO El conjunto denotado por^R3>=R x R = {(x; y)/x..e R a y ¿ § _R }se denomina plano cartesiano, cuya representación geométrica es Y yo p-- 1iiii i iiiii 0 xo X Además • Y es el eje de ordenadas y X es el eje de abscisas, • Los ejes X e Vse Interceptan perpendicularmnn te en el punto 0 = (0 ; 0 ): origen de coordenadas. • El punto P = (xQ; y0) tiene coordenadas de abscisa x a y- ordenada y0. I 4 LUM BRERAS EDITORES APLICACIÓN 3 Dados los con juntos A = {x e Z / - l < x < 2 } y H -{x e Z / ( x |< 3 } , halle gráficam ente el pro ducto ca rtes ian o ^ íxB ) Resolución Los conjuntos tienen elem entos enteros y son finitos, pues x e Z . A = {0 ; 1} y B = { - 2; - 1 ; 0; 1; 2} Ahora ubicamos los elem entos de A sobre el eje X y los elem entos de 8 sobre el eje Y. A x 8 = { ( 0 ;- 2 ) , (0; - 1 ) } , (0; 0), (0; 1), (0 ; 2), ( 1 ; - 2 ) , ( 1 ; - 1 ) , (1; 0 ), (1 ; 1), (1; 2)} APLICACIÓN 4 Dados los conjuntos A = {x e R / - 2 < x < 3 } y B = {y e R / 2 < y< 4} halle gráficam ente el producto cartesiano A x B. Resolución Como los conjuntos A y 8 no son finitos, su producto cartesiano A x B tam poco es finito y para obtenerlo ubicamos los elem entos de A sobre el eje X y los elem entos de 8 sobre el eje Y. Y 4 J x ; y ) - A x B 2 2 3 X Nótese que A x B es rectángulo incluido en R 2 y cuyos bordes son discontinuos debido a que x no llega a s e r - 2 , ni y llega a ser 4. RELACIONES Dados dos conjuntos A y 8 no vacíos, se denom inará relación R de A en 8 ’ a todo subconjunto del producto ca rtes¡ano(¿4x^ Simbólicamente R es una relación de A en 8 R a A x B wT FUNCIONI Ejemplos Dados los conjuntos A = {1 ; 3; 5} y B = {0; 2}, cuyoproducto cartesiano es A x S = { ( l ; 0 ), (1; 2), (3; 0 ), (3; 2), (5; 0), (5; 2)} se tiene R l= { ( l ; 0), (1 ; 2), (3 ; 2)} R2= {(1 ; 2), (3 ; 0), (5; 0), (5; 2)} /?3= {(1 ; 0), (5 ; 2)} fl4=<j) Son relaciones de A en B. p c Nota f i : A - ) B v A —^->6 Se lee relación R de A en B. APLICACIÓN 5 Dados los conjuntos A = { 2; 3; 4 } y B = { 3; 2; 7}, halle la relación ft: A —> B, cuya suma de compo nentes de sus elem entos sea par. Resolución Utilicem os el diagrama.de Venn para relacionar los elem entos de A con los elem entos de B se gún la condición dada. R ^ B 2 ^ l ~ 3 3 < > 2 4 4 V 7 R = {(2 ; 2), (3 ; 3), (3; 7), (4; 2)} APLICACIÓN 6 Halle la relación R con elem entos de las com ponentes enteras no negativas, cuya suma Inferior a cinco. Resolución Según los datos se tiene R = { (x ; y) g Z + x Z + ¡ x + y < 5} 1 ! 1 1 1 2 1 3 2 1 2 2 3 1 R = {(1 ; 1), (1; 2), (1; 3), (2; 1), {2; 2), (3 ; 1)) APLICACIÓN 7 Si A = {20 1 1 ; 2012}, cite todas las relaciones do A en A que presentan solo dos elementos. Resolución Hallemos A x A = A 2, mediante el diagrama do Venn. A 2 = {(2011; 2011}, (2011; 2012), (2012; 2011), ( 2 0 1 2 ; 2 0 1 2 )) Luego, citemos las relaciones R: A —> A que tio lien solo dos elementos. fí1={(2011; 2011), (2011; 2012)} fí2= {{2011; 2011), (2012; 2011)} /?3 = { (2 0 1 1 ; 2 0 1 1 ), (201 2 ; 2 0 1 2 )} /?4= { (2011; 2012), (2012; 2011)} F?5={(2011; 2012), (2012; 2012)} Rg = {(2012; 2011), (2012; 2012)} Lu m b r e r a s E d it o r e s ( f i i | FUNDONES____________ _____________________________________________________________________________ Antes de plantear una definición form al de una función, veam os dos ejem plos de relaciones, que nos perm itirán tener una ¡dea más clara de lo que son las funciones como un tipo de relaciones especiales. Ejemplos 1. Si A es un conjunto que tiene como elem entos a tres apellidos paternos de personas y B es un conjunto que t iene por elem entos a cinco nombres de personas tal que A = (Rojas, León, Ruiz} y 8 = {M a ría , Lucía, Paolo, Mery, Alberto) una de las formas de re lacionar los elem entos de A con B m ediante el diagrama de Venn es R De donde R - {(Rojas; Paolo), (León; M aría), (León; Lucía), (León; M ery), (Ruiz; A lberto)} En esta relación se observa que un elem ento de A se puede re lacionar con más de un elem ento de 8, esto debido a que M aría, Lucía y M ery podrían ser herm anos o tal vez primos o quizás sim plemente tienen el m ismo apellido paterno. Función i s 2. Si A es un conjunto formado por cinco nombres y B es el conjunto formado por seis apellidos paternos tai que /4={Luis, Iván, Juan, Luz, Eva} y fi = {Cruz, Quispe, Meza, V illa, Viza, Vargas} luego una forma de relacionar los elem entos de A con B m ediante el diagrama de Venn es De donde H >={(Luis; Quispe), (Iván; Cruz), (Juan; M eza), (Luz; Viza), (Eva; V illa}} I n esta relación se observa que a cada elem ento del conjunto A le corresponde un solo elemento ile B, ya que para cada nombre de ,4 le corresponde un único apellido paterno de B. En este caso la i elación R de A en 8 se llam ará función R á e A e n B. tit FINICIÓN DE UNA FUNCIÓN I Mdos los conjuntos no vacíos A y B, la relación / de A en B es una función de A en B si para cada elemento x de A existe un único elem ento y e B y (x; y) e / . Notación C f : A —>6 o A — >B Además Se lee: • A es el conjunto de partida fu n c ió n /d e A en B • B e_s_e}conjuntarle .Ilegada 17 Lu m b r e r a s E d it o r e s Ejemplos 1. Sean A = { - 2; 2; 3; 4 } y f i= {0 ; 4 ; 5; 9 ; 16; 18}. Si le hacem os corresponder a cada elem ento de A con su cuadrado que es elem ento de B m ediante el diagrama de Venn se tiene f e s función, ya que para cada elem ento de A le correspon de un único elem ento de B. / = { { - 2 ;4 ) , (2; 4), (3 ; 9), {4; 16)} /= {(4 ; 8 ), (5 ; 10), (7; 14)} es una función. g= { [ 1; 6), (2; 7), (3 ; 7), (4 ; 7), (5; 8)} es una función. M ( 0 ; 2), (1 ; 1), (2; 3), (2 ; 5), (3; 4 )} es una relación pero no una función, pues para 2 e A le corresponde dos elem entos de B: el 3 y el 5. 18 FUNCIONI S -......... -... ... -.........- ...................................----- ---------- ̂ Nota Toda función es una relación, pero no toda relación es función, j Teorema La re lac ión/: A —> B con (x; y) e / y (x; z) e f e s una función si y=z . APLICACIÓN 8 SI el co n ju n to /= {{3 ; 2), (x; 4 ), (3; x 2- 7 ) , (2; 5 )} es una función, calcule el valor de x. Resolución Como (3 ; 2) e / , ( 3 ;x 2- 7 ) e / y f e s una función, entonces 2 = x2- 7 —» x 2=9 de d o n d ex= 3 v x= ~ 3 . S lx = 3 —> /= {(3 ; 2), (3; 4 ), (2 ; 5 )} no es una función. S lx = - 3 —» /= {(3 ; 2), (-3 ; 4 ), (2; 5 )} si es una función. Por lo tanto, el valor de x e s - 3 . DOMINIO Y RANGO DE UNA FUNCIÓN Dominio de una función Ll dominio de una funció n/: A —» B es el conjunto formado por todas las primeras componentes de los pares que pertenecen a ja función y se denota por D om /o D¡. D o m /= {x e A/[x ; y) e / y para cada x existe un único y e B } Rango de una función Ll rango de una función / : A —> B es el conjunto formado por todas las segundas componentes de los pares ordenados que pertenecen a la función y se denota por Ran/ o-Rj. R an /= {y e B/(x; y) e / y para cada y le corresponde al menos un x e A } 1') Lu m b r e r a s E d it o r e s Ejemplos M { - 2; - 4 ) , ( - 1 ; - 2 ) , (0; 0), (1; 2), (2 ; 4 )} D o m /= {-2 ; - 1 ; 0; 1; 2} R a n / = {- 4 ;- 2 ; 0; 2; 4 } ff= {(2; 1), (1/2 ; 1), {0 ; 3), ( - 1 ; 1), (5; 1)} Domg = {2 ; 1/2; 0 ; - 1 ; 5} R a n g = { l ; 3 } Está dada por un^fórm ula matemática) la cual Indica la relación que existe entre los elem entos del dom inio y el rango de la funcioné En la función/: A —» B, si {x; y) e / , entonces y=/(X) Donde A\ conjunto de partida y Dom /=A B: conjunto de llegada y R an / <z B x : variable independiente o preimagen de y v ía / . y: variable dependiente o Imagen de x v ía / . REGLA DE CORRESPONDENCIA / ¡emplos 1. Para la fu n c ió n / rf .......... se observa que 1 l= / (o), l e s Imagen de 0 - » /(0) = ^ ^ 1/2= 1/2 es imagen de 1 —» ^{i)= Y ~ Y l/3= /(2); 1/3 es imagen de 2 -> /(2) = ^ ^ l/4 = /(3 j; 1/4 es imagen de 3 -> y - f ( xy / e s imagen d e x f [ x ) = ^ ^ 2. Sea g una función cuya regla de correspon dencia es g(Xj= 2 x + l ; x e {0 ; 1; 3 ; 4 ; 5} El dominio de la función g son los valores d f x, es decir, Domg = {0; 1; 3 ; 4 ; 5 } y para hallar el rango se evalúa los valores del dominio rn la regla de correspondencia. Como <?(X) = 2 x + l S ix = 0 —> Q'(o)= 1 ( 0 ; l ) e g S i x = l —> g(i) = 3 (1; 3 ) e g Si x = 3 -> g(3)=7 —> (3; 7 | e g Si x = 4 -> g(4)=9 —» (4; 9) e g Si x = 5 — ̂ 0 (5, = 11 (5; 11) g g R a n g = {l; 3; 7; 9; 11} y g = í(0 ; 1), (1; 3), (3; 7), {4 ; 9), (5; 11)} Observación 1. Toda función queda bien definida si.se conocen su(gpminjj? y_su_regla de correspondencia. 2. No es lo m ism o /y / ¡x,, p u e s /e s la función misma} m ientras que/¡x, es la regla de correspondencia de/. FUNCIONI s 2 ] LUM BRERAS EDITORES FUNCIÓN REAL DE VARIABLE REAL Sea la función / : A —» B. Diremos q u e /e s real de variab le real gj.y solo,si todo elem ento de A es nú mero real {A c ,R ) . Así m ismo, todo elem ento de B es número real ( A c R ) , Ejemplos 1. La funció n/: A —> B cuya regla de correspondencia e s/(X)= x2 con A = { - 1 ; 0 ; 2 ; 3; 4 } y 8 = {-2 ; -1 /2 ; 0 ; 1; 4 ; 5; 9; 16; 17} es real de variable real, ya que A c R , B c R y para todo ele mento del dominio (A) su imagen está en B. 2. La función / : [2 ;+ «>)—» R j , tal que /(*) = V x - 2 es una función real de variab le real, ya que D o m / = [ 2 ;+ o o ) c R a R q c : R . x - 1 x —>------ x + 1 2. Si la fu n c ió n /tien e por regla de correspondenciaa /-^x); x e D o m / j ü O bservación 1. La siguiente representación de una función /2(x); x e D o m /2 entonces I. por ser función D o m / j/n D om /2=(J) I!. D o m /= D o m /1 u D om /2 III. R an /= R an /1 u Ran/2 ( jcmplo L.i función f ^ = x 2 + l ; x > 0 2 x - l ; x < - 2 equivale a = x 2 + l j x e { 0 ; + « ) 2 x - l ; x e - 2 ] I negó (0 ; +=*) n — 2] = 4>. Además D om /=< -~ ; - 2 ] u <0; +°o}. ' i ) Fu n c io n a APLICACIÓN 9 Sea la función h: R R , tal que /i, , = J X 2 x ' X _ 1 ' [ x+12; x < l Calcule el valor de — — — . V 4 ) Resolución De la regla de correspondencia de h se tiene h {s) = 82- 2 x 8 = 4 8 ; h{2)= 22- 2 x 2 = 0 ; h(_ 4)= —4H-12 = í , ^(8)+ (̂2) 4 8+ 0l ueeo — — — - -------- = 6.uego rt(-4 ) Nota La evaluación de los valores de x se realiza de acuerdo al doml nio de la función. Así por ejem plo /?(_4) no se podría calcular reemplazando x = - 4 en x2-2 x , ya que para este caso x> 1. CÁLCULO DEL DOMINIO Y EL RANGO DE UNA FUNCIÓN En la función/rea l de variable real (/ : R —>R ) , si (x; y), e f , su regla de correspondencia es y=f^y Luego tenemos que I. Hallar su dominio implica obtener todos los valores reales de x para que la función esté bien definida en los reales. Ejemplos 1. Qix) = —~— 1"2, Q existe siem pre (x —5) * 0 -+ D om g={x e R / x - 5 0 }= {x e R / x * 5} 1 x - 5 o equivalentem ente Domg = R - { 5 } . • 2. S I/w = V x - 2 ,/ e x is t e en R siem pre q u e x - 2 > 0 por el índice par del radical —» D om /= {x e R / x - 2 > 0 }= {x e R / x > 2} o equivalentem ente D om /= [2 ; + °°) II. Hallar su rango Implica obtener todos los valores reales de y o /(xj a partir del dominio. Ejemplo Para hallar el rango de la fu n c ió n / ^ = 3 x - l ; x e [ - 2 ; 2] Procedemos así - 2 < x < 2 m ultiplico por 3 - 6 < 3 x < 6 resto 1 - 7 < 3 x ^ l< 5 ~ 7 < f [x) < 5 R a n /= [-7 ; 5] 23 Lu m b r er a s Ed ito res A PLICA C IÓ N 10 Sea/ una función real de variable real, tal que /(Xj = ̂ 2 x - l + > /6-3x . Indique su dominio. Resolución Como los índices de los radicales son pares, en tonces /(x) e R solo si 2 x - l > 0 y 6 - 3 x > 0 -» x > l / 2 y 6 £ 3 x x > 1/2 y 2 > x -> 2 > x > l / 2 -> 1/2 < x < 2 D o m /= [l/2 ; 2] APLICAC IÓ N 11 Halle el dominio de la fu n c ió n / : regla de correspondencia es f [x) = V 6 + x - x 2 - \ l x 2- 2 x - 5 0 1 —» R , cuya fleso/uc/ón En este caso solo se tendrán en cuenta los radi cales de índice par, ya que si el índice es Impar la raíz existe en R cuando el radicando es real (positivo, negativo o cero). > / (xj e R si S + x - x ^ O —> x 2- x ~ 6< 0 > (x~ 3 ){x+ 2 )< 0 - ¥ x e [ - 2 ; 3] -2 Resolución 3 5 Se parte del dom inio, así - < x < - . 2 2 —» 3 < 2x < 5 —» 2< 2 x - l < 4 1 1 ^ 1 „ 2 ^ 1 , . 1—> —> ^ — —> 1 > > — —» 1 > Qfív-l - — 2 2 x - l 4 2 x —l 2 1X1 2 *(*) Rang= 2 A PLICA C IO N 13 Halle el rango de la función h que tiene por re gla de correspondencia a h ^ = x + 1 Resolución • Hallemos el dom inio: Id función está defin i da solo s l x * 0. —> Domh = { x e R / x * 0 } = R - { 0 } • Hallemos el rango a partir del dominio. C o m o x 5*0 —> x < 0 v x > 0 1 „ 1 «— < 0 v —> 0 X X 1 1-> 1 + - < 1 V l + ~ >1 X X D o m /= [-2 ; 3] " (* ) —> hivi < 1 V > 1 hM V ) APLICACIÓ N 12 Determine el rango de la función g, tal que % 2 /3 5 ; x e ( - ; - 2 x - l \ 2 2 : . Ran/i = ( - o o ; l ) u ( l ;+ o o ) = R - { i } . 24 FUNCIONI GRAFICA DE UNA FUNCION Una función f : A —> B real de variable real es un conjunto de pares ordenados de com ponentes re.i les y puede por tanto considerarse como un conjunto de puntos en R 2, dichos puntos representan geom étricam ente a la función. Luego, la gráfica de/d enotada por Gyes el conjunto de puntos de IR*' que representan a los pares ordenados (x, y) e / . Es decir Ejemplos 1, La gráfica de la fu n c ió n /= {(-3 ; - 2 ) , ( - 1 ; 1), (2 ; 0), (4; 3), (5; 4 )} es 2. Para graficar la fu n c ió n / , tal que/(X.j= 4 x - x ; x e ( - 1 ; 4 ], cuyo dominio (D o m /= (- l ; 4]) tiene infinitos elem entos, se debe tabular algunos valores de x e D om / para obtener algunos puntos que nos den una pista de cómo será la gráfica de/. X y = 4 x -x 2 puntos 0 0 (0; 0) 1 3 ( i ; 3) 2 4 (2; 4) 3 3 (3; 3) 4 0 (4; 0) i # 4 3 2 1 0 1 - 1 2 - 3 - 4 ia gráfica de/debe pasar por los puntos ya ubicados en el plano 2 3 4 X 2b tUM BRERAS EDITORES Ahora, al ubicar im aginariam ente todos los puntos que se obtendrían a partir del dominio y unir los, se obtendrá la gráfica aproximada d e / Así Como D o m / = (- l ; 4] el punto (- 1 ; - 5 ) no pertenece a la gráfica y queda abierto, teorema f . A > B es una función real de variable real si cualquier recta vertical corta a su gráfica en un solo punto. I jemplos g no es una función. {nótese que la recta vertical corta en tres puntos a Gg) t Alculo del dominio y rango a partir de la gráfica • I .) proyección de la gráfica de la función/sobre el eje X determina su dominio. • I .i proyección de la gráfica de la función/sobre el eje ^determina su rango. FUNCIONl S I ¡emplos I, En la gráfica de la fu n c ió n / se observa que Dom /= [ - 3 ; 6) Ran/= [- 4 ; 4) Y X 4 i , De la siguiente gráfica de la función g se observa que Domg' = [- 8 ; 3) u -(3 ; + °° )= [- 8 ; + ° ° ) - {3 } Rang = [- 4 ; 0) U [1; +®=) i 8 - 4 - (V l FUNCIONES ELEMENTALES_________________ _____________________________________________________ Existen un conjunto de funciones que consideram os como elem entales por las características que presentan, sin embargo, serán la base para poder estudiar muchas otras funciones. FUNCIÓN CONSTANTE Una funció n/ : X —> / e s constante porque para toda preimagen se tiene una única imagen. Asi / • Regla de correspondencia:/(x)= c; c e R , • D om /= {x1; x 2; x 3; x 4; x „ } c : R y Ran/= {c} 11 n m ui i>» I | n ii m i1 % . * U M U l ; 3 U 0 ;3 ) , ( l ; 3 U 2 ;3 ) , ( 5 ; 3 » ( i , l .D , I ; 2; 5 } y R an /= {3 } • • ii .(til rt Y - 2 - 1 0 1 2 5 X 1 I n la fun c ió n /cu ya regla de correspondencia e s / (x)= 5 ;x e ( - 5 ; 20] • l)o m /~ (-5 ; 20] y R an /= {5 } • Gráfica Y 5 »iit iiii - 5 20 X i i n general, la función constante tiene las siguientes características: • Regla de correspondenc¡a/(X) = c; c e R . • D o m /= R y R an /= {c } • Gráfica Y c Y c>0 0 c<0 X 0 X C I UNCIÓN ESCALÓN UNITARIO • Regla de correspondencia JO; x < a A , i = m0 m = | 1 . x S b ; « r • Hom/ R y R a n /= {0 ;1 } * • G id íka Y 1 — «------ a X tjemplo ln lo función/, tal que/{X)= | i3(x) que equivale a ÍO; x < 3 /(x)=l^3M = j 1. x > 3 , su gráfica es Y 1 3 X APLICACIÓN 14 I *boce la gráfica de la función /(Xj = | i1(x2) y determ ine su dominio y rango. Hrsolución La función dada es / w = i V * 2H , 0; x < 1 1; x ¿ > i y equivale a / ( x )= ^ t x 2 ) = | ° ; Ahora su gráfica es X < — 1 V X > 1 - 1 < X < 1 Y 1 ----------- --- ^ - 1 “ ■ mm 11 '» 1 X También D o m /= R y R an /= {0 ; 1}. Funciones 29 * u m b r e r a s E d it o r e s FUNCIÓN SIGNO (sgn) • Regla de correspondencia f(x) - s§ n(x) - - 1 ; x < 0 0; x = 0 1; x > 0 * Dom/=(-©®; 0) w {0 } u (0 ; + °°> = R y R a n / = {- l ; 0 ; / } • Gráfica Y 1 0 ■ c> * X Ejemplo La función/(xj= sgn (x+ 2) equivale a / w = sgn(x+ 2) = - 1 ; x + 2 < 0 [- 1 ; x < - 2 0; x + 2 = 0 -> / (xj= sg h (x + 2) = > 0; x = -2 1; x + 2 > 0 1; x > - 2 Ahora, su gráfica es FUNCION!'. FUNCIÓN M ÁXIMO ENTERO Antes de estudiar a la función máximo entero, primero repasaremos brevem ente el máximo entero de un número. SI x i IR., su máximo entero denotado por [[xj es el mayor de los enteros que es menor o igual a x. / Jcm plo |2 ,5 j = 2; [2 ,5 ] : se lee máximo entero de 2,5. Interpretación geométrica Sea x= 2 ,5 en la recta numéricareal. - 3 - 2 - 1 0 1 (2) 3 4 J o | mayor entero que no supera a x (jeom étricam ente, el máxim o entero [ x j es el número entero ubicado a la izquierda más próximo tic x, o que coincide con este, en caso de ser x un número entero. I ¡om p los • [2 ,751 = 2 • [01 = 0 ' • [ —41= —4 • [> ^ ] = 1 • [1,991 = 1 • [5] = 5 • [ -3 ,0 2 ]= - 4 • [ ~ ^ ] = - 2 Propiedades Sean x e R y n e Z ; entonces I [ x l e Z í [ x ] = x <-> x e Z I. [ x ] = /i <h> n < x < n + 1 4 [ x + n ]= [x ]+ n M Í = M APLICACIÓN 15 Resuelva la ecuación [ x - 5 l= 4 . Resolución Se aplicarán las propiedades (4) y (3). Así [ x - 5 ] = 4 O [x+{—5)1=4 O [xl + ( -5 )= 4 O [x] = 9 O 9 < x < 9 + l . . CS = [9 ; 10) 31 l UMURI7RAS E d it o r e s Ahora definim os la función máximo entero así • Regla de correspondencia /jx) = [[x] • D o m /= R y R a n /= Z • Para hallar su gráfica partim os d e /M = Hx] = n n < x < n + l ; n e Z . Citando valores para n se tiene f [x)= í x í = - 3 ; - 3 < x < - 2 - 2 ; - 2 < x < - l - 1 ; - l < x < 0 0; 0 < x < l 1; l< x < 2 2 ; 2 < x <3 3 ; 3 < x < 4 Luego, su gráfica es de la forma 4 3 2 1 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 X - 1 - 2 - 3 - 4 APLICACIÓN 16 x —2 Halle el dominio de la función/, tal que f M = r-^ — . • (X) [ x ]+ 2 Resolución Se sabe que/(x) e R. flx] + 2 * 0 . i v r o [ x j + 2®0 M = - 2 - 2 < x < - 2 + l x g [ - 2 ; - l ) l nlonces [ x ] + 2 * 0 <-> x g [- 2 ; - 1 ) ; o sea x < - 2 v x > - l . Hnm f *(-«>; - 2 ) u [- 1 ; + °°) 12 I UNCIÓN ID EN TID A D • Rpgla de correspondencia f(X)= x v y = x ; lo que implica que sus elem entos son de la form-i ( 2; - 2 ) , ( - 1; - 1) , (0 ; 0 ), (1/ 2 ; 1/ 2 ), (^ 2 ; 4 l ) , (200 ; 200 ) , ... • D o m /= R y R a n /= R • Gráfica ^ F u n c io n e s — ............. -...............— ■ ■ • Observación i¡iií! Si una función / t ie n e por regla de correspondencia a f {X) = - x v y = - x , sus elem entos serán de la forma (3; - 3 ) , (2; - 2 ) , (y¡2; - V 2 ), ( - 1 ; 1), ( - 4 ; 4 ) , . . . Por consiguiente, su gráfica es Se observa que el D o m / = R y el R a n /= R . 33 I IIM I1UI MAS I D ltO KES I UNCIÓN VALOR ABSOLUTO • Hi'gl.i de correspondencia /{ |x| = J X ; X " ° w - x ; x < 0 • U om / -R y R a n / = R ¿ = [0 ;+«>} • Gráfica C o m o y - |* l —» (y = x ;x > 0 ) v ( y = - x ;x < 0 ) . I ij í 'Ko, la gráfica d e / s e obtiene uniendo las gráficas anteriores. Así I ¡rmplo 1 n l.i función g, tal queg(x)= - |x | , se observa que el Domg = R y el R an g = R o= (~ °°; 0], lo que impli- t .i que su gráfica sea la siguiente. \<\ m Funciones APLICACIÓN 17 Rsboce la gráfica de la función g, tal que <?(*)= | x —3 1 - 1 . Resolución IMra dibujar la gráfica de la función g, primero hallarem os su vértice y en forma práctica se igual.i -i i oro el va lo r absoluto, Así | x —3 1 =0 x= 3 (abscisa de! vértice) Luego g(X)= 13 —3 1 —1= —1 (ordenada del vértice) F.ntonces,, el vértice es V= [3 ; - 1 ) . Ahora, para tener una pista más clara de la gráfica, se tabula par.i obtener dos puntos cuyas abscisas estén a la izquierda y a la derecha de la abscisa del vértice. X y = |X “ 3 | - l puntos 2 0 (2; 0} 5 1 (5; 1) FUNCIÓN RAÍZ CUADRADA • Regla de correspondencia /(X)= V * • • D o m /= R g y R an /= R g • Gráfica 35 Lu m b r e r a s E d it o r e s Consecuencias 1. • Regla de correspondencia h ^ = - y f x • Domh = R j = [ 0 ;+«>) • Ran/i: co m o x> 0 h \/x > 0 h - V x < 0 <-» Ran/) = {-«=; 0] • Gráfica Y \ X ' v /7 2. • Regla de correspondencia g^ )=4~ x • D o m g = {x€ R / - x > 0 }= {x e R / x < 0 }= {-co ; 0] • R a n g :c o m o x < 0 f-> - x > 0 V ^ x > 0 Rang=[0;+»=) • Gráfica APLICAC IÓ N 18 Esboce la gráfica de la función y , tal que'V|/(xj = > / j x í . Resolución Redeflnlendo la función y se tiene [n /x ; x > 0 V M = 1 I—[ v - x ; x < 0 I uego, su gráfica es Y X También se observa que el Dom\|/= R y el Ran\}/= Ro=[0; +=») K , FUNCIONf S IUNCIÓN INVERSO MULTIPLICATIVO • Regla de correspondencia /(x}=~ X • D o m /= ]R - {0 } y R a n /= - {0 } • Gráfica APLICACIÓN 19 x+ 1Dibuje la gráfica aproximada de ía función g, tal que gM = ------. x Resolución Se tiene x + 1 x 1 1 g( x ) ~ ~ > f f w _ x + x ^ ffW - 1 + x Ahora, para obtener la gráfica de g bastaría aum entarle una unidad a las imágenes de la función 1 f {x)= —; es decir, la gráfica d e /s e desplaza verticalm ente una unidad hacia arriba. Así X Y i 2 y= 1 i ■‘W l — - 1\ 2 _1 \ i *io 1 -2 37 Lu m b r e r a s Ed it o r e s ( % | FU N CIO N ES P O U N O M IA LES Son aquellas funciones cuya regla de correspondencia está asociada a un polinomio. Entre las prin cipales tenem os FUNCIÓN LINEAL • Regla de correspondencia/(x)= m x+ 6 ; m * 0 • Dominio: D o m /= R a Rango: R a n /= R • Gráfica: Su gráfica Gyes una recta oblicua a la derecha si m > 0, y es oblicua a la izquierda si m < 0. m > 0 O7<0 Tenga en cuenta que en cualquier caso tan 6= m . Adem ás, para dibujar la gráfica de una función lineal basta ubicar dos puntos en el plano cartesiano y por a llí trazar una recta. Ejemplos 1 . f [ x ) = X + 2 18 2. g(x) = l - 2 x ■ FUNCIONI FUNCIÓN CUADRÁTICA • Regla de correspondenc¡a/(x)= ax2 + bx+ c; a ^ 0 • Dominio: D o m /= R ̂ , L ■= “ • Gráfica Su gráfica Gyes una parábola sim étrica respecto a una recta vertical (llam ada eje de sim etría) que* pasa por el vértice de la parábola. Si a> 0 , la parábola abre hacia arriba: \ J . Si a < 0 , la parábola abre hacia abajo: A . A continuación se muestran las gráficas de las funciones/¡X)= x2 y g ^ = - x 2 Es importante tener en cuenta que y=/¡x)= ax2+bx+c; o # 0 puede escribirse y = a (x -h )2+k, donde (h; k) es el vértice de la parábola Ejemplo Para dibujar la gráfica de/jX) = l+ 4 x - x 2 procede mos así y=-'X2+ 4 x + l= - (x 2- 4 x + 4 - 4 ) + l y - - ( x - 2 ) 2+5 luego el vértice es V=(ir ,k ) = (2; 5) Como o = - l < 0 , entonces la parábola abre hacia abajo. Luego, la gráfica es Veáse también que En la gráfica de/(X)=ox2+bx+c; a*Q se cumple que V=(h] k) I UM BRERAS EDITORES Tenga en cuenta , Ejemplo Para la func¡ó n/(xj= x 2- x + l Se tiene h _ x i + x 2 _ 1 2 2 1 1 k ~ f f i \ = -------+ 1 k = ~ i1 4 2 Luego V - 1 3̂ 2 ' 4 Gráficam ente n f f 3 4 1 X 2 APLICACIÓN 20 Seo q ^ ~ x 2 + b x + c una función cuadrática cuya gráfica adjuntam os. Calcule el valor de M = a X Hrsolución l)n Id gráfica observam os que g ^ = x 2 + bx+ c tiene dos raíces iguales x 1= x 2=a, luego Además, g(0)= c= 16 . I nlonces ( x - a ) 2= x2+ b x + c —> x1- 2 a x + a 2= x2+ bx+ c ; a > 0 > b -2a a c = a 2 —» a 2 = 16; a > 0 a b - - 2 a - » a = 4 a b= ~ 8 a + c ~ b ~ ( x - a ) 2. 4ü FUNCIONI S Análisis de la gráfica de la función cuadrática Sea/(xj = ox2 + bx+ c; o * 0, de raíces x 1(x 2 y d iscrim inante A = b 2- 4 a c . La gráfica d e / e s una parábola que abre hacia arriba o hacia abajo, dependiendo del coeflclcntr principal de/(xj, como se observa en los siguientes casos. Ejemplo Para dibujar la gráfica de la fu n c ió n /(x) = 2x2 + Factorizamos la función. / m = (2 x - 1 ) ( x + 2 ) Luego, hallem os las raíces. x + 2 = 0 —» x 1= - 2 1 2 x - 1 = 0 —> X j = - 1 2 Como o = 2> 0 , la gráfica es una parábola que - 2 procedemos así hacia arriba y corta al eje X en x = - 2 y x= Lu m b r e r a s E d it o r e s FUNCIÓN CÚBICA • Regla de correspondencia/(X¡ = ax3 + bx2 + cx+c/; a * 0 • Dominio: D o m /= R a Rango: R a n /= R • Gráfica Su gráfica G fe s una curva que corta al eje X al menos en un punto, y al eje Ken el punto (0; d). A continuación se m uestran las gráficas de las funciones /(X)=* 3 V =—x3. m Tensa en cuenta ................................................. .................................................... Para d ibujarla gráfica de la funciónf M =ax3+bx2+c x + d , a * 0 es conveniente hacer un cambio de variable que permita reducir el término cuadrático. Dicho cambio es x = t — —, con lo cual/(x> se transforma en /(t¡ = o(t3+pt+q')/ llama- 3o da función cúbica reducida, y la gráfica de esta depende, del coeficiente a y de ( V ( n2 la expresión A = — I +[ — 3 2 Ejemplo Sea/(X)= - x 3 + 3x+ 2 una función cúbica reducida. F.ictoricem os /(xj= - ( x + l ) 2(x - 2 ) y obtengamos las raíces x 1= x 2= - l ; x 3 = 2. Adem ás,/(0j= 2 ; luego, su gráfica es Nótese que en x 1= x2= - l (raíz doble) La gráfica es tangente al e je X. A i FUNCION! 4 Análisis de la gráfica de la función cúbica reducida ’.im /[x)--o(x3+ p x+ q ); una función cúbica reducida de raíces: x 1( x 2, x 3. La gráfica de/d epende \2 — | , tal como se observa en los siguientes casos.2 Jlt* u y la expresión A = | ^ | + Nótese lo siguiente: • Si A < 0, las raíces x lf x 2 y x 3 son reales y diferentes. • Si A = 0 , las raíces x 1, x 2 y x 3 son reales con x 2= x3 y • Si A > 0 , las raíces x v x 2 y x 3 son tales que x x es real y x 2, x 3 no son reales, son complejas Imagi narias conjugadas. APLICACION 21 ,3\ \ f^ = x - a x + b es una fundón cúbica tal como se m uestra en la gráfica, .ilcule el valor de la expresión M = x2 +l7 \3 IU‘solución De la gráfica mostrada tenem os Lu m b r e r a s E d it o r e s FUNCIÓN POTENCIAL • Regla de correspondencia /(xj=Jfnj n e Z + a n > 2. • Dominio: D o m /= R , . / • Gráfica ' n par n impar ( % [ PROPIEDADES SOBRE EL TRAZADO DE GRÁFICAS S e a /u n a función con regla de correspondencia y=/(X)- A partir de la gráfica de f , construirem os la gráfica de otras funciones. POR DESPLAZAM IENTO HORIZONTAL Sea k > 0, tal que g(x)=/(x_*.¡ y h^=f^x+ky La gráfica de g se obtiene desplazando horizontalm ente a la derecha la gráfica de/, m ientras que la gráfica de h se obtiene desplazando a la izquierda la gráfica de /, k unidades en cada caso. Así FUNCIONIS POR DESPLAZAM IENTO VERTICAL Sea k > 0 , tal que g[x)=f(x)+ k y h{X)=f(x)~k- La gráfica de g se obtiene desplazando verticalm enle hacia arriba la gráfica d e / , m ientras que la gráfica de h se obtiene desplazando hacia abajo la gráfica d e /, k unidades en cada caso. Así ^ M + k / 4 ) x POR DOBLE DESPLAZAMIENTO Sean h y k positivos, tenem os los siguientes casos: • 9 { x ) = f ( x - h ) + k * 9 ( x ) = f ( x + b } + k • 9(x)=/(x-/7)-í< * 9(x)=f(x+h)~k En el caso de Q(x)=f(x-h) + k su gfáfica se obtiene desplazando la gráfica d e / , horizontalmente a la | derecha h unidades y verticalm ente hacia arriba k unidades. Así POR REFLEXION • Sean 9(x)=~f[x) y fyx)=/(-x) c*os funciones reales de variable real. La gráfica de g se obtiene por reflexión de la gráfica d e /so b re el eje X, m ientras que la gráfica de h se obtiene por reflexión de la gráfica d e /so b re el eje Y. Así Lu m b r e r a s Ed it o r e s Sea g una función, tal que <?(*)= \f[X)\> donde Como g(x¡ = |/(Xj | > 0, entonces la gráfica de g se ubica en el sem iplano superior (y > 0) del plano R 2, y se obtiene repitiendo la gráfica d e /c u a n d o /(X) > 0 y reflejando sobre el eje X la gráfica de /c u a n d o /{x) < 0. Así Sea h una función tal que h(x)~f(\x\y donde * { x ) - / ( x ) - * < 0 La gráfica de h es sim étrica respecto al eje Y por ser una función par. 1 /!(> * F u n c io n i s APLICACIÓN 22 f'kboce la gráfica d e /. ;w = llx2 - 4 x l- a | llrsolución h-nemos que f {x] = | | (x - 2 )2 —4 ¡—1|. Hallemos G^paso a paso. I .ü grafiquemos y = (x - 2 )2- 4 . Y i , ° grafiquemos y= | (x —2)2—4 1. i . ° grafiquemos y= | (x —2) - 4 1-1. 4 .° grafiquemos /(x) = ||x2 - 4 x | - l | y 2 4 APLICACION 2 Esboce la grá :a de/(xj= x 2- ¡ x | + l . Resolución Nótese que f { - x ) = ( - ^ ) 2 - I'- * I + 1 I X I + 1 = / ( * ) —> f e s una función par. Luego, hallemos G fp a ra x> 0 . x > 0 : /¡X)= x2- x + l = I T 3 x — + - 2 4 C o m o /e s par reflejamos esta curva respecto al eje Y. Lu m b r e r a s E d it o r e s [ % | Á LG EB R A DE FU N CIO N ES Es el conjunto de relaciones y operaciones que se realizan entre dos o más funciones bien definidas. Entre ellas tenem os la igualdad, unión, adición, sustracción, m ultiplicación, división, potenciación y composición de funciones. IGUALDAD DE FUNCIONES Dadas/ y g dos funciones bien definidas, diremos q u e /y g son iguales si tienen el mismo dominio y la misma regla de correspondencia. E sd ec ir f = g o Dom /=Dom g a / (x) = g{x) APLICACIÓN 24 Afirm am os que las fu n c ¡o n e s/y g, tales que /¡xj = V l - x 2 y g¡x) = V l T x - V l - x , son ¡guales. En efecto • Dom /=Dom g Dominio d e / : l - x 2> 0 —» x 2< l —> | x | < l -> - 1 < x < 1 -> D o m / = [- l ; 1] Dominio de g: ( l+ x > 0 a 1 - x > 0 ) —» ( x > - l a x < l ) — » - 1 < x < 1 — > D o m g = [- l ; l ] g [x) = V r + x - V Í - x = tJ { 1 + x ) [ 1 - x ) = tJ i - x 2 = f [x) UNIÓN DE FUNCIONES Una funció n/p ued e considerarse como una unión de funciones: f y f v h ' —>fns' est ̂definida por tram os. /1(x); x e D o m / i /2(x); x e D o m /2 f (x)=-h(*)> x e D o m f 3 fn{x}' x e D o m /„ Es decir 48 l'or ejemplo, la función /e s tá definida por tram os. l - 2 s e n x ; x < 0 V x - 1 ; 0 < x < lf \ x ) : x - x + 1 ; x > l Tenga en cuenta u D om /j n Dom /2 n Dom/3 n ... n Dom/„=< Dom /1u D o rn /2o D o m / 3 U .. .u D o m /n=DQHí/ ADICIÓN D EFU N CIO N ES / + g = { ( x ; ( / + g )(x)) / x € D o m / n Dom g} es la función suma. • D om (/+ g) = D o m /n Domg • ( / + 9 ) W = / ( x ) + 9 ( x ) SUSTRACCIÓN DE FUNCIONES f - g = { ( x ; ( / - g ) , x, ) / x e D o m / n Dom g} es la función diferencia. • D o m (/-g ) = D o m /n Domg • { / - á ) (x) = / ( x ) - 0 ( x } MULTIPLICACIÓN DE FUNCIONES /•£ = { ( * ; (/•9')(x})/X € D o m / n Dom g} es la función producto • D om (/-g) = D o m /n Domg • ( f - 9 \ x ) = f { x ) - 9 ( x ) Multiplicación de un real por una función oc/ = { ( x ; (a / )M ) / x e D o m / a a s R } • D om (a/) = D om / • (a / ) (x ) = a - / (x) FUNCIONPl 4 9 I IJM liHERAS EDITORES DIVISIÓN DE FUNCIONES t • Dom í x ; í r \ / x e (D o m /n D o m g ) a ( X ) , / — |= (D o m /n D o m g }- {x e D o m g /g ()()= 0 } I 9 J(x) 9 { x ) POTENCIACIÓN DE FUNCIONES í ¡ /■/ / ’ /■/■/ n facto res • D om /n = D om / • /"«i- [ / ( * ) ] " ; " ^ z + I j rm p lo Dadas las funciones / { ( l ; l ) , ( 2 ; 0 U - l ; 2 ) , ( 0 ; 4 ) , ( - 2 ; 3 ) } A g = { ( l ; 2), (2; 3), ( - 2 ; 0 ), (3; 1)} Hallemos las fu n c io n e s/+ g ;/ -g ; —; 3f - g 2. 9 Resolución • Dominio D o m /= { l; 2; - 1 ; 0 ; - 2 } ; D o m g = {l; 2; - 2 ; 3} > D o m / n D o m g = {l; 2 ;- 2 } • Cálculo de f + g (/+ 9 )( i)"/ (i)+ ff( i) = 1 + 2 = 3 - » ( l ; 3 ) e / + g í/+ 9 )(2 )=/(2)+ 9(2) = 0 + 3 = 3 h> ( 2 ; 3 ) G / + g (/+ 9 )(-2 )=/(-2) + 9(-2) = 3 + 0 ~ 3 (~2; 3) G /+ g Luego/+g = { ( l ; 3), (2; 3), ( - 2 ; 3)} FUNCION! S Análogamente calculamos f -g ' , f - g ' , 9 f - g = { ( ( 2 ;- 3 ) , ( -2 ; 3)} f - g = { [ 1; 2), (2; 0), { - 2 ; 0 )} / 9 l( (2; 0 ) Nótese que — no está definida en x = - 2 , pues 9 / ( - 2 ) = 3 9(-2) 0 • Cálculo de 3 / - g 2 (3 / -g 2)(1) = 3-/(1)- g (21) = 3 - l - 2 2 — l ( l ; - l ) e 3 / - g 2 (3 / -g 2) (2) = 3./(2)- g (22) = 3 - 0 - 3 2= - 9 ( 2 ; - 9 ) e 3 / - g 2 (3 / -g 2) (_ 2) = 3 -/ ^ 2)- g 2„ 2) = 3 - 3 - 0 2= 9 - » ( - 2 ; 9 ) e 3 / - g 2 Luego 3 / - g 2 = { ( l ; - 1 ) , (2; - 9 ) , ( - 2 ; 9)}. APLICACIÓ N 25 '.r*an las funciones/(Xj= x 2- x + l y g = { ( l ; 5), (2 ; 0), (—1; 3), (3; 4)}. la lcu le «• (/2- 3 g ) (3) b. (3g2- 2 / ) (_ 1) Resolución Nótese que |)o m /= R y D o m g = {l; 2 ; - 1 ; 3} -» D o m /n Domg = { l ; 2 ;- 1 ; 3} « (/2- 3 g ) (3)=/23 r 3g(3) ► (/2—3g)(3, = (32 - 3 + l ) 2 - 3 ( 4 ) * (/2- 3 g ) (3)= 7 2- 1 2 = 37 b. ( 3g2- 2/)(„ 1}= 3g(2L1}-2/{_ 1} - » (3g2 -2 / ) (_ 1j = 3(3)2 - 2 ( l + 1 + 1} -> t3g2 -2 / ){_ 1, = 2 7 - 2 ( 3 ) - 2 1 51 Lu m b r e r a s Ed it o r e s COM POSICIÓN DE FUNCIONES S e a n /y g dos funciones tales que Domg g Rang Dom / / Ran/ Nótese que existe (al menos) un elem ento en el dominio de g (x e Domg) con la característica de que g¡xj € Dom/, entonces existe. Si reunimos todos los valores x con esa propiedad, ten dremos que Rang n D om /^ (j). Luego, podemos construir una nueva función h, tal que h : S —> Ran/, con S c Domg Adem ás ty*)= /(B(x)) A S - D o m h ~ { x / x e D o m g A g (x)e D o m /} h se denomina la composición d e /co n g, es denotada por h = f o g , y es leída: "/com puesto con g". Definición S e a n /y g dos funciones bien definidas tales que Dom f r\ Rang^4». La función / o g se define así • D o m (/o g )= {x /xe Domg A g (x)e D o m /} Ejemplo Dadas las funciones / . { ( - 2; 0), ( - 1 ; 4), (3; 1), (5; 2), ( 1 ; - 1 ) } ff - -{(“ 2; - 1 ) , (0; 3), (1; 3), (2; 0), (4; 5)} hallem os las fu n c io n es/o g y g o f . 52 F u n c io n a ttesolución • Veamos si e x is te /o g D o m /= {-2 ; - 1 ; 3 ; 5; 1 } a Rang = { - 1 ; 3; 0 ; 5} D o m /n Rang = { - 1 ; 3 ; 5 }^ > f o g existe. Nos interesan los pares ordenados de g que tengan como segundas componentes a — 1; 3 y r», y los pares ordenados d e / que tengan como prim eras componentes a - 1 ; 3 y 5. Así (- 2 ; - 1 ) e g a ( - 1 ; 4) e / ( - 2 ; 4 ) e / o g (0; 3) e g a (3; 1) e / (0; l ) e / o g (1; 3) e g a (3; 1) e / (1; l ) e / o g (4; 5) e g a (5; 2) 6 / —» (4; 2 ) s / o g Lueg o /o g = { { - 2 ; 4) , (0 ; 1), (1; 1), (4 ; 2)} Usando el diagrama sagital tenemos f o g = {(—2; 4), (0; 1), (1 ; 1}, (4; 2)} • Veamos si existe g o f . Domg = { - 2 ; 0 ; 1; 2; 4 } a R an /= {0 ; 4; 1; 2} Domg n R an /= {0 ; 1; 2; 4} Nos interesan los pares ordenados d e /q u e tengan como segundas componentes a 0; 1; 2 y 4, y los pares ordenados de g que tengan como primeras componentes a 0; 1; 2 y 4. Así ( - 2 ; 0 ) e / a ( 0 ;3 ) e g ( - 2 ; 3) e g o / (3; l ) e / a ( l ; 3 ) e g -> (3; 3) e g o / 1 LUM BRERAS EDITORES (5; 2) e / a (2; 0) e g —> ( 5 ; 0 ) e g o / ( - 1 ; 4 ) g / a ( 4 ; 5 ) e g - » { - 1 ; 5 ) € g o f Luego g o / = { ( - 2 ; 3), (3; 3), (5; 0), ( - 1 ; 5)}. Nótese q u e /o g ¿ g o f . Luego, la composición de funciones no es conm utativa. APLICACIÓN 26 Dadas las fu n c io n e s/y g, h a lle /o g. f (x )=x2~ 2 x - l ; - 2 < x < 4 ; g(x) = \/x + l ; x > 0 Resolución • Hallemos el dominio Sabemos que D o m (/o g)={*/x e Dom0 A 5(x) eD o m ^ } E s d e c ir ,x e R g a - 2 < g ^ < 4 x > 0 a - 2 < V x + 1< 4 —> x > 0 a V x + 1< 4 —> x > 0 a x < 9 —» 0 < x < 9 —> D o m (/o g) = [0; 9] • Hallemos la regla de correspondencia. ( / ° 9)(x)= f(g{x)) = / ( ^ +1) = ( V x + l ) - 2 ( V x + l ) - l ( / o 0}(x) = x + - 2 y í - x - 2 i f ° g ) ( x ) = x - 2 ;x g [ 0 ;9 ] Propiedades ^ ^ Sean/; g y h funciones bien definidas. ) • En g en era l/o g * g o f . • Asociativa: ( / o g) o h = f o (g o h) ( x • / función id en tid ad :/o 1=1 o f Además V n e Z +: ln o f = f r . • Distributiva ( f+ g ) o h = f o /i + g o h (/■g) o / i= /o h+ g o h P*í - í OomCp^) FUNCION! S ( í j ALGUNAS FUNCIONES ESPECIALES FUNCIÓN PAR Sea/u n a función, tal q u e x e D o m /y { - x ) e D o m / .S iV x e D o m / :/ {x)=/(_ x), diremos q u e /e s iin.t función par. Gráficamente Nótese que y= /M = /(_ x). Además, la gráfica d e /e s s im é tr\a con respecto al eje Y. Por ejem plo, la función/, tal q u e /(x)= x2- x 4+ l es una función par. En efecto, el dominio d e /e s D o m /= R . Luego, x e R a ( - x ) e R . Además / ( - , ) = ( - x ) 2 - ( - x ) 4 + 1 = * 2- * 4 + 1 = / m Es decir, V x e D om /:/(x)= /(_ x). A s í ,/ e s una función par. FUNCIÓN IMPAR S e a /u n a función tal que: x e D om / y (- x ) e Dom/. Si V x e D o m / :/ (_ x)= -/ (x) diremos q u e /e s una función impar. Nótese q u e y= /(x) a - y = / (_ x). ~ h*)=h-x) -> f{~x}= -Ax) Adem ás, la gráfica de / es simétrica con respecto al origen de coordenadas (0; 0). k Lu m b r e r a s E d it o r e s Por ejemplo, la fu n c ió n / tal que/(x)= ^ x - 2 x es una función impar. I n efecto, el dominio d e /e s D o m /= R . Luego, si x e R —> ( - x ) e R . Además f (-x j = %f-x — 2(—x) = - ^ x + 2 x = - { ¥ x - 2 x ) = - / M Es decir, V x e Dom/: / (_ x}= - / (x}. A s í ,/ e s una función impar. FUN CIÓ N PER IÓ D IC A S e a /u n a función real. Si V x e Dom/: existe 7 V 0 , tal que ( x + T ) e D om / a f ( x + T ) - f { x ) ' diremos que f e s una función periódica. El número 7 es llamado periodo d e /. Gráficam ente Se observa q u e/{x)= /(x+r)= /(x+2T1 = ... Toda función periódica con periodo 7 tiene su gráfica G p ta l que la misma forma que tiene en un intervalo de longitud 7 se repite horizontal y periódicam ente en el siguiente intervalo consecutivo y anterior de longitud 7. Observamos, además, que si 7 es un periodo d e /, entonces 27, 3 7 ,. . . tam bién son periodos d e /. 11 menor valor positivo de 7 se llama periodo mínimo. ‘j6 Fu n c io n i s APLICACION 27 Pruebe que la función seno es una función pe- urtdica im par con periodo mínimo 7=271. ttrsoiución * Veamos que /¡X} = senx es una función pe riódica. Supongam os que ex iste 7 ^ 0 , ta i que sen (x+ 7 ) = senx; V x e R . Tomemos en p art¡cu la rx= 0 : sen7= 0 -4 T= 2kn ; k e Z . Luego T e R a (x+ 7 ) e R , entonces la fun ción seno es periódica con periodo 7, Cuando k e Z + T = 2 n ; 471; 6ti; ... Luego 7= 2 te es el periodo mínimo. • Ahora, veam os que/(x) = senxes una función impar. S e a x e R a ( - x ) e R , luego /(_*) = s e ñ (- x )= - s e n x = - / (X) —» / ,_ * ,= - / (x); V x e R . Así, la función seno es impar. Gf : Y 1 / f - 1 i 1 / X 1 Resolución Nótese que V * ] =A i - l - * l ) =/ ( i- |x | ) = h(xr —> h es par Para dibujar su gráfica convenientem ente trab a jam os para x< 0 y la gráfica obtenida la reflej.i mos al eje Y. Si x < 0, entonces =/{1+x). Nótese que la gráfica de h resulta de trasladar la gráfica d e /u n a unidad a la izquierda. Así x< 0 Reflejamos y obtenemos la gráfica de h. APLICACIÓN 28 Sea/u n a función cuya gráfica se muestra. Esbo ce la gráfica de h. 5 / Lu m b r e r a s E d it o r e s FUNCIONES MONÓTONAS Una fu n c ió n /se dice que es monótona si es cualquiera de las siguientes funciones. Función creciente Una función f e s creciente s i V x 1( x 2 <e D o m f : x 1 < x 2 —> f[x1) < f(x2y Función decreciente Una función f e s decreciente si V x y x 2 e D om /: x 1 < x2 —*• f (x1) > f{x2y Función no decreciente Una función f e s no decreciente si V xv x 2 € D om /: x 1 < x 2 / ^ < / ^ . Función no creciente Una fu n c ió n /e s no creciente si V x v x2 e D om /: x 1 < x2 - * / { x ^ - f ^ y Ejemplos 1, / |xj= V x es creciente. 2. 9{x)= —; x> 0 , es decreciente. 3. h es no creciente. Regla práctica para calcular rangos de funciones crecientes y decrecientes S e a /u n a función cuyo dominio es [a; b] y cuya gráfica es una curva continua dibujada de un solo trazo (sin saltos bruscos verticales). I uego • S i/ e s creciente, entonces Ranf- [f(a)>f(b)] • S i/ e s decreciente, entonces Ran/= [/(*,>;/ {o)], 'i8 F u n c ió n » n Gráficam ente • /c rec ien te • /d ecrec ien te Y y Ab) -------- /(o) f(a) \ i i i i i i a b x a b x Ran f={f(a)'>f(b)] R a n /= [/ (i); / (0)] ( ..................................-............. —....— ............... -............... Tenga en cuenta Si ei dominio de una función /e s {a; b) y los valores f(a)>f(b) existen en R , entonces • /creciente —¥ Ran/= {/(o )¡/(&)) • /decreciente —» Ranf=(f[b)> f{a)) Análogamente, en los casos cuyos dominios sean (a ; b] o [a; b).APLICACIÓN 29 Sea /u n a función, tal que f ^ = 1 + V x ; x e {4 ; 9]. Halle su rango. Resolución Como V x g (4 ; 9 ],/ (X) = l + \/x es creciente y / (4) = 3 existe, entonces Ran/ = (_/¡4¡; /(g )]= (3 ; 4] Ran/ = (3 ;4 ] APLICACIÓN 30 Sea g una función, tal que g ^ = cosx; x e ^0; ~ j . Halle su rango. Resolución gM = co sxes decreciente V xe^ O ; y como g(0¡ = l a existen, entonces Rang = ^ „ j g{0| = (0 ; l ) -> Rang = {0 ; l ) b') Lu m b r e r a s E d it o r e s n FUN CIO N IN VERSA FUN CION IN YEC TIV A Conocida también como función univalente o uno a uno, se caracteriza porque cada elem ento del rango es imagen de un único elem ento del dominio. Ejemplos f e s función inyectiva y el ran go podría coincidir o no con el conjunto de llegada Y. g es función, pero no es inyec tiva ya que un elem ento del rango es imagen de dos e le mentos del dominio. Definición La función f : X -+ Y e s inyectiva. Si para ^ x 2} c D om /: X j ^ x 2 —> / (x ) ^ f{x i y Equivalentemente f \ X •+ V es inyectiva. Si para {x 1; x 2} c D om /: f {x i )-f(x2) x i ~ x 2 Está definición es la más usada. / jemplo I n la función / , tal q u e /(x)=100x+217; D om /= R sra {x : ; x2} c D om / y /(X1}=/(X2) —> 100x2+217=100x2+217 > 100x 2=100x 2 —̂ x i = x 2 1° clue prueba q u e /e s inyectiva. bO FUNCION! S APLICACIO N 31 Determine si la función g tal que 9{x) = — - es inyectiva. Resolución Domg = { x e R / x - 2 * 0 } = { x € R / x * 2 } = R - { 2 } Además x _ x - 2 + 2 2 0 M _ x ^ 2 _ x - 2 + x - 2 Ahora, sea { x ¿ x2} c Domg a g¡x j =9(Xly 2 i 21 + = 1 + - Xi —2 x - ,- 2 1— - — = — - — -> x 1 - 2 = x 2 - 2 x1 - 2 x 2 - 2 _> x 1=x2 Por lo tanto , g es una función inyectiva o univalente. Interpretación geométrica G rá fica m e n te ,/e s una función inyectiva si cualquier recta horizontal corta a su gráfica en un solo punto. Así / e s inyectiva. g no es inyectiva. 61 LUMBRERAS EDITORES APLICACIÓN 32 En la función [ x 2; - 3 < x < 0 W [ ^ ; 0 < x < 9 determ ine s i/ e s inyectiva y halle su rango. Resolución Esbocem os la gráfica de la función. f e s inyectiva, ya que al trazar una recta horizontal, esta corta a la grá fica de / e n un solo punto. R a n /= [-3 ; 0) u (0 ; 9) R a n /= [-3 ; 9 > \ {0 } Teorema Toda función creciente o decreciente es inyectiva. Ejemplo f es creciente y es inyectiva, g es decreciente y también es pues si se traza una recta ho- inyectiva. rizontal corta a la gráfica d e / en un solo punto. FUNCIONI'S FUNCIÓN SURYECTIVA Conocida tam bién como función sobreyectiva o epiyectiva, se caracteriza porque ei conjunto i l r llegada coincide con el rango. Ejemplos f e s una función suryec- g es una función, pero no es tiva , pues Ran/= Y. suryectiva, pues Rang í Y Definición La funció n/: X —» Y e s suryectiva si Ran/= Y Ejemplo Veamos que la función/: [ - 1 ; 5 ) -> ( - 7 ; 5 ], tal que f ^ = 3 - 2 x , es suryectiva. En efecto, D o m / = [- l ; 5 ).y conjunto de llegada =<-7; 5] • Calculem os el rango - l< x < 5 - í - > 2 > - 2 x > - 1 0 5 > 3 —2 x > —7 o 5 > / (x)> -7 R an/= < -7 ;5 ] Ahora, se observa que R a n /= (-7 ; 5 ]= con junto de llegada. Por lo ta n to ,/e s suryectiva. APLICACIÓN 33 La función g: [2; 11] —» [0 ; 5 ), tal que g ^ = V x - 2 ¿g es suryectiva? Resolución Como D om g= [2 ; 11]; conjunto de llegada = [0; 5) Hallando el rango 2 < x < 11 0 < x - 2 < 9 O 0 < V x - 2 < 3 0 < g (x)< 3 Rang = [0 ;3 ] Ahora, se observa que Rang= [0; 3] ^ [0; 5) (conjunto de llegada) Por lo tanto, la función g no es suryectiva. ( ) i Lu m b r e r a s E d it o r e s APLICACIÓN 34 Dada la función h: A —> ( - 9 ; 5 ], cuya regla de correspondencia es , _ Í - x 2 ; - 3 < x < 1 [ x - 1 ; l< x < 6 determ ine si h es una función sobreyectiva. Resolución Esbocem os el gráfico de h. Se observa que Ran/? = ( - 9 ; 5] = conjunto de llegada Por lo tanto , h es función sobreyectiva. m Tenga en cuenta ¡ Si el conjunto de llegada de una función no se conoce se asume que la función es suryectiva. FUNCION BIYECTIVA La función/ : X —> Y, es blyectiva si es a la vez inyectiva y suryectiva. Ejemplos f e s iyectiva y suryectiva a la vez, lo que implica que f e s biyectiva. g es función inyectiva, pero no suryectiva, lo que implica que g no es biyectiva. M Fu n c io n a h es función suryectiva, pero no invectiva, lo que implica que h no es biyectiva. APLICACION 35 linda la función g: (0 ; 4] —» ( - 1 ; 15], tal que g ^ ~ x 2- l , determ ine si g es biyectiva. Mfsolución I'.hocem os el gráfico de g. Se observa que • g es creciente en todo su dom inio, lo que impli ca que g es inyectiva. • Rant? = [-1 ; 15) = conjunto de llegada, lo que im plica que g es suryectiva. Por lo tanto, g es biyectiva. INVERSA DE UNA FUNCION Sr\» la fu n c ió n /= {(x ; y ) / x e D o m / a y=/(x)} biyectiva. Su inversa denotada p o r/* se obtiene al ¡nter- lim b la r los componentes en cada par ordenado d e / . A s í/ * = { (y ; x ) / x € Dom/ a y=/(x)}- I ¡rmplos / = { (2 ;4 ) , (3; 1), (5 ; 6), (7; 8)} D om /= {2 ; 3; 5 ; 7} y R an /= {4 ; 1; 6; 8 } D o m /*= {l; 4 ; 6; 8 } y R an /*= {3 ; 2; 5; 7} Si ff= { ( l ; 1), (4; 2), (9 ; 3 ), (16 ; 4 )} g *= {(1 ; 1), (2; 4), (3; 9), (4; 16)} 65 Lu m b r e r a s Ed it o r e s Propiedades 1. Toda función b iyectiva /tien e in v e rsa /* , además D o m /*= R a n /y R an /*= D o m / 2. Si f e s una función biyectiva, se cumple que ( / * ) = f 3, Si y~f{X) es Ia re§ la de correspondencia de la función / biyectiva, entonces para la regla de correspondencia d e / * despejamos x de la regla anterior y obtenem os x = / ^ y para hallar intercam biam os x por y. 4, Si / es la función identidad y / e s biyectiva, se cumple 5. S i/ y g son funciones biyectivas, tal q u e /o g existe, entonces ( / o g)* existe y ( / o g)* = g * o / * . [ jem plos 1. Dada la función/jxj = 3 x + l ; x e ( - 3 ; +«>) Resolución C o m o /e s creciente, entonces es inyectiva. Luego R a n /= (/ (_3); + °° )= (-8 ; + °°). Recuerde que cuando no se conoce el conjunto de llegada de una función se asum e que esta es suryectiva. C o m o /es inyectiva y suryectiva, entonces es biyectiva. Luego e x is te /* . Hallemos /(*). De y=/(x) = 3 x + l despejam osx. C / ° / * ) (x) = /(x) = x ;y x e D° m / * ( / * ° A * ) =/w = x ; V x e D o m / Finalmente intercambiamos x por y. FUNCIONI'S X —2 ) . Dada la función g(,\ = ------; x > l , halle g * si existe. w x + 2 Resolución • Hallemos el rango. x - 2 x + 2 - 4 „ 4 Como g¡X) = ------= ---------- ' = 1---------. 1 ' ■ x + 2 x + 2 x + 2 1 1 4 4Como x > l —> x + 2 > 3 -+ 0 < < - ->-0 > --------- > — x + 2 3 x + 2 3 h „ 4 1 1 / 11 > 1 -------- > — —> l> g ( , > — —> Raníai - ( — ; 1 x + 2 3 W 3 i9) \ 3 • Veamos si g es inyectiva, Sea { x ¿ x 2} c Domg a Sf(X l)=ff(x2}- 4 4 4 4 —> X = X —̂ --------- ~ > Xi + 2 = x 7 + 2 x x +2 x2 +2 x : +2 • x 2 +2 -» x 1= x2, lo que implica que g es inyectiva. • Como no se conoce el conjunto de llegada, g es suryectiva. • Hallamos gj,xj. * - 2 ,De y = g¡x) = despejamos x. ' x + 2 x - 2 -+ y = ------- -+ y x + 2y = x - 2 —> y x - x = - 2 - 2 y x + 2 x (y - l) = -2(l+y) * = —( i —y) i - y y i - y Luego, intercam biam os x por y. ♦ 2(x + l ) / 1 „ S M = — : - - J A ( ./ IU M BRERA S EDITORES APLICACIÓN 36 Dada la función fyxp ^ + l ; x > 0, halle h* si existe. Resolución Como no se conoce el conjunto de llegada, h es suryectlva. Veamos si h es inyectiva. Su gráfica es De donde se observa que h es inyectiva V x > 0 y su Ran/i = [ l ; + 00). Como h es suryectiva e inyectiva, entonces h es biyectiva. Hallamos h ^ . De y= fyxj= x 2+ l —> y = x 2+ l —» y - l = x 2 —> - J y - 1 = |x | . Pero x > 0 -» x = y j y - 1 —» fy* ¡ =y[y~-1 (intercam biam os x por y). = V x - 1 ; x e rt Nótese que las gráficas de h y h * son sim étricas a la gráfica de y= x . 2 --- FUNCION!» Gráfica de la función inversa Sea ia fu n c ió n /b iyectiva . La gráfica d e / * se obtiene a partir d e / , reflejando su gráfica a travós de Id recta y=-x. Así Y f / y=x S / y - x w y )/ " / % / x - / - - y / { y - , A x / y x Ejemplo f e s una función biyectiva, tal como se muestra en la gráfica. ALGUNAS FUNCIONES TRASCENDENTES FUNCIÓN EXPONENCIAL Es aquella cuya regla de correspondencia es _/¡x) =£>*; 6 > 0 a 6 * 1 . Su dominio es el conjunto R y su rango R +. Por e jem plo, las siguientes funciones son exponenciales. A 2 ' hM - F(x) = 2 * ; G(x l= ex ; Hlx, = J 2 * ; . . . - I con e = 2 ,7182818 ...; 7M ’ (*) G() u m r r e r a s E d it o r e s Gráfica de una función exponencial Como In base b es positiva y d iferente de 1, tenem os dos casos. Caso l: 0 < b < 1 Veamos la gráfica de la función =[ - Tabulamos algunos valores. X - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 flx) 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 Ubicamos los puntos (x; /¡x¡) en el plano R 2. Nótese q u e /e s una función inyectiva (monótona decreciente) en su dominio R . Su gráfica G¡ corta al eje Y en el punto (0; 1); es decir, (0 ; 1) e f . ( l YAdem ás, V x e R : y = f(x¡ - - j > 0 . Luego, el rango d e /e s R a n /= R += (0 ; +°°). Caso II: b > 1 Veamos la gráfica de/(X)= 2X. I.ibulnmos algunos valores. X - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 /(x) 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 /ü Ubicamos los puntos (x ; f ) en el plano R 2. r ..................................................................... ....................... FUNCIONl'i Nótese que f e s una función ¡nyectiva (monótona creciente) en su dominio R . Su gráfica G^cort.i .>1 eje Y en el punto (0; 1); es decir, (0; 1) e f . Además, V x e R : y/ = /(x¡ = 2 X > 0 . Luego, el rango d e /e s R a n /= R += (0 ; +«>). I n general, la gráfica de una función exponencia l/jx)=bx; b > 0 a b ^ 1 tiene una de las siguientes formas. Caso I: base b con 0 < b < 1 Caso II: base b con b > 1 . Y i\ b* 1 11 'v b*2 X1 x 2 Nótese que • D o m /= R a R an /= (0 ;+ °» ) • S i x 1< x 2, entonces bxi > bx*. Así, la función es decreciente. Nótese que • D o m /= R a R an /= {0 ; + ° o ) • Si x 1 < x 2, entonces bxi < bx2. Así, la función es creciente. / I Lu m b r e r a s E d it o r e s Propiedades Se tiene la función exponencia l/(X) = b*; b > 0 a b ¿ 1. 1. V x s R : = bx > 0 ; es decir, la gráfica de/ : G^está ubicada siem pre por encima del e je X , y pasa por el punto (0; 1). 2. S ib > 1, en to n ce s/es creciente en todo su dominio R , es decir, x 1 < x 2 o b*1 < b*2 3. Si 0 < b < 1, entonces f e s decreciente en todo su dominio R , es decir, <x<x2 <h* b*1 > b *2 4. /es .inyectiva en todo su dominio R . Luego bxi = x 1 = x 2 APLICACIO N 37 Esboce la gráfica de la función/. A r 2^ Resolución Tenemos que > « { ¡ T Como la base es b = - < 1, entonces f e s decre- 2 dente. Su gráfica se obtiene trasladando la grá fica de y = | — | una unidad a la derecha. Así A PLICA C IÓ N 38 Resuelva la inecuación exponencial 2x+ l /2 \x+2 Resolución Resolvem os la inecuación así - Y_x+1 / _ \—x—2 ó ‘ > - Como la base b = — > l , entonces comparamos los exponentes sin que cam bie el sentido de la desigualdad. A s í 2 x + l> - x - 2 <r-> 3 x > - 3 o x > - l CS = [ - l ; + ~ ) n FUNCIONI > FUNCIÓN LOGARÍTM ICA Es aquella función cuya regla de correspondencia es/(X) = log¿x; ó > 0 a b 9* 1. Su dominio es el conjunto R + y su rango R . Por ejem plo, las siguientes funciones son logarítmicas. /{x )= log2x ; g(x )= lo g ^ x ; /i(x) = loge x con e = 2 ,7182818 ...; F(x)= lo g iX ; 6 (x )= lo g ^ x ; H(x) = log^x; ... 2 T '<? Gráfica de una función logarítmica Como la base b es positiva y diferente de 1, tenem os dos casos. Caso I: 0 < b < 1 Veamos la gráfica de ia función / |xj ^logj^ x . 2 Tabulamos algunos valores. X 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 hx) - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 Ubicamos los puntos (x ;/ jx)) en el plano R 2. Nótese q u e /e s una función inyectiva (monótona decreciente) en su dominio R +. Su gráfica Ĝ corta al eje X en el punto (1; 0 ); es decir, (1; 0) € / . Además, V x e R +: y = /(x) = log1 x e R . 2 Luego, el rango de f e s R a n /= R . i\ Lu m b r e r a s E d it o r e s Caso I I : ¿? > 1 Veamos la gráfica de = log2x, Tabulamos algunos valores X 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 f[x) - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 Nótese q u e /e s una función inyectiva (monótona creciente) en su dominio R +. Su gráfica Gf corta al eje X en el punto (1 ; 0 ); es decir, (1; 0) € / . Adem ás, V x e R +: /(x) = log2x e R . Luego, el rango d e /e s R a n /= R . En general, la gráfica de una función logarítmica /¡xj = log¿,x; b > 0 A b ^ l tiene una de las siguientes formas: Caso I: base b con 0 < b < 1 Caso II: base b con b < 1 Nótese que • D o m /= R += (0 ; +°°) a R a n /= R • Si x 1 < x 2, entonces log^Xj > lo g ^ - Asi la función es decreciente. Nótese que • D o m ^ R ^ ÍO ; + ° ° > a R a n /= R • Si x 1 < x 2, entonces lo g ^ < log¿,x2. Así la función es creciente. ■ HJN( io n i Propiedades Dada la función logarítmica/^xj= log jbx ; b > 0 a í j í I . 1. Su gráfica pasa por el punto (1 ; 0). 2. SI b > 1, en to n ce s/es creciente en todo su dominio R +. Es decir x 1 < x 2 o lo g bx 1 <log¿,x2 i . Si 0 < b < 1, en to n ce s/es decreciente en todo su dominio IRH Es decir x 1 < x 2 <->logbx 1 >loglbx2 4. / e s inyectiva en todo su dominio. Luego lo g ¿x1 = logbx2 <-»x1 = x 2 APLICACION 39 Sea / (x) = logx( l - x 2) una función, halle su do minio. Resolución Dominio d e / / (x) 6 R o 1 - x 2 > 0 a x> 0 a x * 1 « - * x 2 < 1 a x > 0 a x ?í : 1 o |x ] < 1 a x > 0 a x * 1 ♦- » x < 1 a x > 0 <- > 0 < x< 1 D om / = (0 ;1 ) APLICACIÓN 40 Resuelva la Inecuación logarítmica log! (2x —1) > log! (x + l ) 2 2 Resolución Resolvemos la inecuación así log1(2 x - l )> lo g 1 (x + l) 2 2 <- >2 x- l > 0 a x + l > 0 a 2 x - l < x + l 1 f ) X > - A X > — 1 A X < 2 2 f-» 1 X > — 2 A x < 2 - < x < 2 2 ,. c s = ( - ;2 / PROBLEMAS RESUELTOS N i v e l b á s i c o P R O B L E M A N .° I Dado el conjunto A = {2011; 2012}, ¿cuántas funciones / : A —> A que presentan 2 elem entos se pueden obtener? D) 5 E) 6 Resolución Hallemos A x A = A 2. A través del diagrama de Venn se tiene A } • {(2011; 2011K (2011; 2012), (2012; 2011), (2012 ; 2012 )} Ahora, citarem os las fu n c io n es/: A —> A con 2 H rm entos. / 1= {(2011 ; 2011 ), (2012 ; 2011 )} / 2= {(2011 ; 2011 ), (2012 ; 2012 )} /3 = {(2011 ; 2012 ), (2012 ; 2011 )} /4= {(2011 ; 2012 ), (2012 ; 2012 )} Se observa que son 4 funciones. C la v e (C P R O B L E M A N.° 2 Si el siguiente conjunto/= {(2 ; 7), (3; 4), (2x; x), (x; 2x), (3; x 2- 5 ) } representa a una función, cal cule la suma de elementos del dominio. / ) - 4 B) - 3 C) 2 D) 4 É) 14 Resolución Com o/es función, además (3; 4) e / y (3 ;x2—5) e / 4 = x 2- 5 —» x 2 = 9 (x= 3 v x = -3 ) Luego Si x= 3 —> /= {(2 ; 7), (3; 4), (6; 3), (3; 6 )} no es función. Si x = - 3 —> /= {(2 ; 7), (3; 4), ( - 6 ;- 3 } , ( - 3 ; - 6 } } es función Como D om /= {2; 3 ; - 6 ; - 3 } , las sumas de sus elem entos es 2 + 3 + (- 6 ) + ( - 3 )= - 4 . C l a v e (A) Func ItJNI s P R O B L E M A N .° 3 El dominio de la función g real de variable real con regla de correspondencia g ^ = y f x está Incluido en el conjunto U = { - 4 ;—9 ;—1; 0; 1; 2; 4 ; 9; 10; 16}. SI los elementos del rango son enteros, indique su mayor suma. A) 4 B) 5 ,C ) 10 D) 14 [) 16 Resolución Como g: Domg c : U -+ Z , entonces Domg={0; 1; fl; 9; 16}. Además nos interesa que g(x )= V x e Z . Luego S lx - 0 ^ g(0)= VÓ = 0 y (0 ; 0) e g Si x = l —» g(1)= V I = 1 y (1; l ) s 9 S Ix= 4 -> g(4)= V 4 = 2 y (4; 2) G g Sí x = 9 '—» g(9)= V 9 = 3 y ( 9 ; 3 ) e g Si x= 16 —> g{16j= V l6 = 4 y{16; 4) g g Ahora g = {(0 ; 0), (1; 1}, (4; 2), (9; 3), (16; 4 )} y Rang={0; 1; 2; 3; 4}. . . 0 + 1 + 2 + 3+ 4 = 10 C l a v e ( c ) P R O B L E M A N .° 4 SI / y g son funciones, tal que A) 12 B f 14 C) 15 D) 24 / E) 26 Resolución Del gráfico se observa que / (1)~6 /{2) = 5 /(3) = 7 /(4) = 6 Luego M = “ ^ + / (3 r / (4 )+ 9 (/p)) i M = | f ,+7- 6 + a 2 12 -+ M = l + l + 12 = 14 C la v e ( B ) P R O B L E M A N .° 5 Halle el rango dé la función/, tal que / : {1 ; 2; 3; 4 } —» B x -> 3 * '2 A) {1; 3; 9; 27} B) {V 3 ; 1; 3; 9} C) {0 ; 1/3; 1; 3) D) {0 ; 1; 3; 9} ^ E } {1/3 ; 1; 3; 7/ Lu m b r e r a s E d it o r e s Resolución Del dato se obtiene que f {x] = 3 X~2; x e {1 ; 2 ; 3; 4 }= D o m / SI X - l / (1) = 3 -1 = 1/3 ; (1; 1/3) e / S¡ x = 2 —> /(2) = 3 °= 1 ; (2; 1) e / Si X=3 —» /(3) = 31 = 3; (3; 3) G / S ix = 4 —> /¡4) = 32= 9 ; (4; 9) G / > / = { ( ! ; 1/3), (2; 1), (3; 3), {4; 9)} R a n /= {l/3 ; 1; 3 ; 9} _C L A V E ( E ) P R O B L E M A N .° 6 ¿Cuántos elem entos enteros presenta el dom i nio de la función real de variab le real fw = yfx + l + ^ J l l - S x - x 2? A) 3 D) 6 Resolución B) 4 4 5 E) 8 P R O B L E M A N .° 7 S i/ e s una función constante, tal que 3 / ( i ni + 8 = 4 / ca lcu le/(20i 2)- /(12) — 1 B) 2011 C) 14 E) 8 A) 2012 y ( 12 Resolución C o m o /e s constante, su regla de corresponden cia será de la siguiente forma. /(x) = c / ( io )= c ;/ ( i2 ) = c v h 2012)= c Reemplacem os en el dato. 3 c+ 8 = 4 3 c + 8 = 4 c - 4 + + c = 1 2 c - 1 . /(2012) = 12 CLAVE Í D , P R O B L E M A N .° 8 La gráfica de la función g que tiene por regla de correspondencia a = -------1— 1= es Hallemos el dominio de/. A) Y B) Y / e R ++ x+ 1 > 0 y l l - 3 x > 0 2 ' 11 ++ X > -1 A ---> X 3 X X 11 ++ - l < x < — 3 C) Y 2 r D o m / = [- l ; 11/3] I liego, los elem entos enteros son - 1 ; 0 ; 1; 2 y 3 (en total cinco) - 2 X CLAVE (C. - 2 /H FUNCION! % Resolución \ X \ x C o m o g ..= - — - + -— ; ; Rang = ] U) x Ix • - { 0 } 9{X)~ -+ -+ ?(*) X X - + x > 0 x x - X X — + — ; x < 0 x - x 1 + 1; x > 0 —1 + (—1); x < 0 2; x > 0 - 2 ; x < 0 Su gráfica es Resolución Por dato fyxj= x 3 + ¿ . De! gráfico/7(_ 2) = - 7 y h ^ = a . Luego 6(_ 2) = { - 2 )3 + b = - 7 b= 1 /j(4j = {4) +6 = 0 —» o = 65 También del gráfico Ran6 = [- 7 ; o> =[-7 ; 65>. Nota Cuando x se acerca a 4 por la izquierda su imagen se acerca a 65, pero si x * 4, entonces * 65. En forma práctica para saber el mayor extremo de! rango se puede calcular h^ . _C L A V E ( D ) CLAVE P R O B L E M A N .° 10 Sea/(Xj = m x+ 6 una función lineal. Si 2/(0j, calcule P R O B L E M A N .° 9 Indique el rango de la función h con regla de correspondencia 6 (x)= x3 + 6 y cuya gráfica se m uestra a continuación. A) [- 7 ; 65] B) [- 7 ; 9) C) J - 7 ; 9] j f [ - 7 ; 65) E) [- 7 ; 63) A) -1 D) 2 /B) 0 C) 1 E) 1/2 Resolución Tenemos que/¡xj= m x+ 6 f [ i )= m + b A /(o r b Com o/(1) = 2/{0) -+ m + b = 2 b - » m = b. Luego , / (x)=fax+6 /(_1j " - 6 + 6 = 0 _C L A V E ( B ) /'» IUMBRERAS EDITORES P R O B L EM A N .° 11 Calcule el área de la región generada por la grá- 3 (lea de la función /(x )= - - x + 6 y los ejes coor denados. A) 18 u2 B) 15 u2 y ó , 12 u2 D) 9 u2 E) 6 u2 Resolución Esbocemos la gráfica de = ~ - x + 6 , Tabulamos algunos valores. X /(*) 0 6 4 0 El área de la región § es s = l ^ U2 -> § = 12u2 2 -Clave (C) ............................................................................................................." h Resolución La gráfica d e / (Xj = 2x2- x es una parábola que abre hacia arriba \ J , pues su coeficiente prin cipal es positivo: 2, cuyo vértice es V=[h; k), dondeft = X l^ * 2 a k=f^hy Calculam os las ra ícesx^ x2 de/(x). /(x) = l-) “ i* 2x2- x ~ 0 -> x { 2 x - l )= 0 —» x = 0 v 2 x - l = 0 —> x x - 0 v x 2 = 1/2 Luego CLAVE ( D P R O B L E M A N .° 13 S e a /{x)= x3-o x + ¿ i una función cúbica cuya grá fica se m uestra. Calcule ab. P R O B L EM A N .° 12 Halle las coordenadas del vértice de la gráfica do la funció n/w = 2x2- x . y : -O ' 3 Fu n c io n i •• Rofolución í )<’ la gráfica d e / s e tiene /(0) = 3 b = 3 /(_3, = 0 - » -2 7 + 3 o + 6= 0 - » 3 a —2 7 - b -» a=S o¿ = (8)(3) = 24 C la v e (A , P R O B LEM A N .° 14 I '.boce la gráfica de la función / m = x 2- 4 x + 3 ~ Q t. ■ - 1 . . V X Resolución La gráfica de f e s una parábola que abre hacia arriba \ J , pues su coeficiente principal es posi tivo 1. Para hallar su vértice podemos com plr ta r cuadrados. Así / (x) = x 2- 4 x + 3 = x 2- 4 x + 4 ~ 1 f{x]=(x ~ 2)2+Q ) i t h k Luego, el vértice es V={2 ; - 1 ) . Para hallar los interceptos con los ejes procede mos así • Eje K n Gf. H acem o sx= 0 —> y ~ f ^ = 3 • Eje X n Gf. Hacemos y = 0 y = /(x) = 0 - » x 2- 4 x + 3 = 0 — ̂ X j = l ; x 2 = 3 Luego, Gf es C l a v e ( A 81 LUM BRERAS EDITORES P R O B L E M A N .° 15 SI la gráfica d e /e s Esboce la gráfica de g(x)=f{x- i ) + l- A) -1 1/ B) X y \ - i N ' X C) D) Resolución De la gráfica de / obtenemos la gráfica de g: Q{x)=f{x- i)+ . 1- Así, la gráfica d e /s e traslada una unidad a la derecha, luego sube otra unidad. Gráfica de g: P R O B L E M A N .° 16 Esboce la gráfica d e / jx)= |x 2- 2 x j . A) Y f B) V D) e) y+ Resolución Tenemos que g ^ ~ \ x ¿ - 2 x \ = \ x (x -2 ) \ . Luego, podemos esbozar la gráfica de g a partir de la gráfica d e /M = x (x - 2 ) . Así Nótese que al tom arle valor absoluto a /(X)= x { x - 2 ), la parte gráfica donde/¡X) < 0 se re fieja respecto al eje X. C l a v e (C H2 / F u n c io n a P R O B LEM A N.° 17 Sea/ una función cuya gráfica se m uestra. Esbo- iü la gráfica de h{x)= f{1_ x) + 2. A) Y 8 ) ' Y ‘ Resolución De la gráfica de / jxj obtenemos la gráfica il«» f(x+ iy entonces G^se traslada una unidad a la izquierda. Luego, cambiamos x p o r - x para obtener /(_x+1)= /(1_ x), entonces la gráfica d e / ( x ( ] , u refleja con respecto al eje Y. Finalm ente, sumamos 2 a / ( i- * ) para obt<*n<*i /(i _ x) + 2; entonces toda la gráfica sube tln% unidades. H i Lu m b r e r a s E d it o r e s P> A) 12 u2 D) 6 u2 B) 10 u2 s Q 9 u2 E) 4,5 u2 tesolución a gráfica de /co rresponde a una función valor bsoluto, abre hacia abajo y se traslada 2 unida- les a la derecha y sube m unidades, luego f(x)= m ~ l * - 2 | —» 3 - \ x - n \ = m - \ x - 2 \ > m = 3 a n = 2 -*■ ;ntonces,/(X) = 3 - | x - 2 | . uego, la gráfica de f e s § —— u - 9 u 2 C la v e CC P R O B L E M A N .° 19 Sea la gráfica de / Si 9 [ x ] ~ f { z - \ x \ y calcu le ff(o) + 9(-z j- B) 2A) 0 D) 6 Resolución De la gráfica d e /ten e m o s que /(o) = 1 A /(2) = 3 Como 9'(x)=/{2-|x |)' entonces 0 (O )= / (2 - O ) = / ( 2 ) = 3 3 ( - 2 ) = / ( 2 - | - 2 | ) = !/(0) = 1 ■■■ 0(0) + Sr(-2) = 3 + 1 = 4 4 E) 8 C la v e (C P R O B L E M A N .° 20 Se tiene la gráfica d e / H4 H *t- FUNCIONIS B) Y Como h es par reflejam os esta curva con rosptn to al eje Y. _CLAVE ( f ) Resolución Nótese que h{. x )= f {l_ x h í ) = f { l x h l ) = h {x] Entonces, h es una función par. Luego hallam os ¡a gráfica de h para x > 0. x > 0 :/7 m = /(x- d P R O B L E M A N .° 21 S e a n /y g dos funciones, tales que / w = 2 x - l ; x e ( - 4 ; 6] y g = { ( - 3; 0), (—2; 4 ), (1; 2), (4; -1 ) , (6; 0)}. Calcule el valor de M. M = ( f - g ) w + ( f o g ) {_2] A) - 1 D) 3 $ 0 C) 1 E) 4 Resolución Debemos calcular M. M = f(4)'9(4)+/(g(_ 2)) Tenemos que /(4}=7; Q{4)= _ 1 ; Sr(-2) = 4 Luego /W = {7 H - l)+ / (4)= - 7 + 7= 0 -> M = 0 C l a v e ( j j V 8b Lu m b r e r a s E d it o r e s * P R O B L E M A N .° 22 Dadas las fu n c io n es/y g, ta les que /(jr) = 2 x2 x e ( - 2 ; 2] y gw
Compartir