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Matemáticas Administrativas División de Ciencias Sociales y Administrativas Unidad 3. Funciones límites y continuidad 1 Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Presentación 3 Competencias específicas 4 3.1. Funciones y variables 5 3.2. Conceptos relacionados a las funciones, variables dependientes e independientes 8 3.2.1. Tipos de funciones y su aplicación 9 3.2.2. Tipos de funciones y sus gráficas 11 3.2.3. Ingreso, costo, utilidad y punto de equilibrio 18 3.2.4. Modelo gráfico del punto de equilibrio 24 3.3. Álgebra de límites 25 3.3.1. Límite de una función y sus propiedades 29 3.3.2. Límites de una función cuando la variable tiende al infinito 31 3.3.3. Funciones continuas y discontinuas 34 3.3.4. Conceptos relacionados a la continuidad y a la discontinuidad en una función 35 3.3.5. Aplicación de funciones continuas y discontinuas 37 Cierre de la unidad 38 Fuentes de consulta 39 2 Índice Bienvenido(a) a la unidad 3, en ella analizarás el concepto de función, así como los diferentes tipos de funciones y las operaciones que se pueden realizar con ellas, para describir el comportamiento de las diversas situaciones que se presentan dentro del área económico-administrativa, tales como ingresos, costos, utilidades y punto de equilibrio. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Presentación A continuación se presenta el contenido del curso donde abordarás escenarios empresariales reales y que además forman parte de la vida diaria de cualquier profesionista, por ello, es importante que tu aprendizaje sea significativo. Con esta nueva metodología, vivirás experiencias referentes a situaciones reales que te llevan desde el inicio a ubicar la importancia de los métodos cuantitativos en la toma de decisiones a nivel empresarial. Asimismo, estudiarás el concepto de límite y cómo describe de forma precisa el comportamiento de una función cuando los valores de la variable independiente están muy próximos, aunque nunca igual, a un valor constante y su utilidad en los procesos económico-administrativos, tales como rendimiento y producción máxima; asimismo, determinarás cuando una función es continua, su aplicación en procesos productivos y su impacto en los costos de producción 3 Identifica los tipos de funciones, variables y sus aplicaciones para resolver situaciones que se presentan en la empresa relacionadas con optimización, costo total, ingreso, oferta y demanda, a través de conceptos, tipos de funciones y modelos gráficos. Aplica el cálculo diferencial para la solución de problemas de límites y continuidad de una función y determinar su impacto a través de fórmulas y conceptos del cálculo diferencial integral y su aplicación en las matemáticas financieras. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Competencias específicas 4 a La cantidad de impuestos que paga una persona o empresa depende de los ingresos de ésta. Los costos de producción varían de acuerdo al valor de la materia prima. La calidad de oxígeno en el aire en una ciudad está en función del número de automotores que circulan por ella. La relación funcional o función ayuda a describir de manera práctica situaciones que están presentes en la vida real, en las que un valor o cantidad que varía depende de la función o determina el valor de otra, por ejemplo: ¿Qué otros ejemplos se te ocurren? Como te darás cuenta, las matemáticas se encuentran en la vida cotidiana y las funciones se usan hasta en la más mínima acción. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.1. Funciones y variables De ahí se observa que se pueden tener variables o valores que dependen o cambian cuando un valor determinante varía. Otro ejemplo representativo es el puntaje obtenido en un juego de tiro al blanco, en el que hay dibujados en un tablero 5 círculos concéntricos y en cada uno se pueden tener los siguientes valores: 5, 10, 15, 20, 25, iniciando desde el exterior hasta el centro del tablero, como se muestra en la imagen. 5 a Funciones y variables Es decir, que la máxima puntuación se obtiene atinándole al círculo que queda en el centro del tablero (25 puntos), y va disminuyendo conforme se aleja hacia la orilla, así se obtienen dos conjuntos, uno correspondiente a los círculos y que se definirá como el conjunto C, y el otro correspondiente a la puntuación y que se llamará P, esto es: C = {1, 2, 3, 4, 5} P = {5, 10, 15, 20, 25} Ambos conjuntos están relacionados entre sí, es decir, que ambos dependen el uno del otro y se puede representar mediante una tabulación o una gráfica. En ambas representaciones se puede comprobar que para cada elemento del conjunto P (puntuación) hay un solo valor o elemento que le corresponde del conjunto C (círculo), es decir, que se cuenta con las siguientes parejas ordenadas: (1, 5), (2, 10), (3, 15), (4, 20), (5, 25). Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 6 Funciones y variables Otra forma de representación es mediante un modelo matemático, si consideramos los datos del ejemplo anterior, se observa que si se acierta en el círculo del centro se tendrán 25 puntos y en el círculo más alejado del centro se obtendrán 5 puntos, así se observa que existe una situación de dependencia en la que el puntaje dependerá de a qué círculo del tablero se acierte y cada acierto tiene un valor que resulta de multiplicar el número del circulo al que se acierta por cinco. Para llevar a cabo esta operación es necesario conocer el número de círculo al que se acierta por lo que se puede decir que el número de círculo es el valor que alimenta al modelo matemático, es decir, que son los valores de entrada y son a los que hay que multiplicar por cinco, para que dé el resultado del puntaje obtenido, lo que dará los valores de salida, si se utilizan además variables que permitan identificar a cada uno de los valores, es decir y para el puntaje y x para los círculos, podremos obtener la siguiente expresión: y=5x En donde y corresponde a una variable dependiente y x a una variable independiente, que conforman lo que se conoce como función. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 7 Función •Es la correspondencia entre dos conjuntos: uno de valores de entrada y otro de valores de salida, en donde existe una regla u operación que determina para cada valor de entrada un solo valor de salida. Variable Dependiente •Es aquella cuyo valor, propiedad o característica se trata de cambiar mediante la manipulación de la variable independiente. Variable Independiente •Es aquélla que es manipulada en un experimento o evento con el objeto de estudiar cómo incide sobre la variable dependiente, esto significa que las variaciones en la variable independiente repercutirán en variaciones en la variable dependiente. A continuación, se muestran los nombres de las partes de una función; se utiliza la expresión matemática: y=5x. Esta expresión, completa, relaciona una variable independiente con una variable dependiente. La “y” es la llamada variable dependiente, pues su valor dependerá de los valores que asignemos a la variable “x”. Por ejemplo, si decidimos dar un valor de x=4, la “y” tomará un valor: y=5(4)=20. Para cada valor que demos a “x”, “y” tomará a su vez un valor. Por lo tanto, la “x” es lo que conocemos como variable independiente, pues el valor que toma no depende de ninguna otra variable y podemos decidirlo. La expresión completa que contiene a ambas variables, es lo que llamaremos función. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.2. Conceptos relacionados a las funciones, variables dependientes e independientes 8 a Como se vio en el tema anterior, la función es la correspondencia de las variables dependientee independiente y a partir de las expresiones algebraicas, existen diferentes tipos de funciones, las cuales se verán a continuación. En donde c es un número real Sea f(x) = 10, debido a la forma de la función, a la variable x se le puede asignar cualquier valor que se desee, sin embargo, el resultado de la función será siempre 10. X f(x)=10 Pares ordenados Gráfica -15 10 (-15, 10) -10 10 (-10, 10) -5 10 (-5, 10) 0 10 (0, 10) 5 10 (5, 10) 10 10 (10, 10) 15 10 (15, 10) Observa la gráfica que se obtiene a partir de la tabla, se presenta una recta paralela al eje de las X (abscisas) y que f(x) = 10, corta el eje de las Y (ordenadas) en el punto (0,10). Función constante: es aquella que tiene la forma: Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.2.1. Tipos de funciones y sus aplicación 9 a En este caso, la x toma los siguientes valores: -15, -10, -5, 0, 5, 10, 15. La variable independiente toma siempre el mismo valor (la función es constante e indica que y=10). Se forman entonces 7 pares ordenados (x,y), que son: (-15, 10), (-10, 10), (-5, 10), (0, 10), (5, 10), (10, 10), (15, 10). Hay que recordar que la variable independiente, x, puede tomar valores no enteros, por lo que existe una infinidad de pares ordenados aunque no se encuentren expresados en la tabla que se presenta. La gráfica es una línea recta horizontal (paralela al eje de las x), que como la función lo indica, pasa por (0, 10). Esta gráfica nos muestra cómo luce una función lineal. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 10 a Función lineal A continuación se te presentarán los diversos tipos de funciones y sus gráficas: Sea f(x) = 2x + 4, se observa que se trata de una función lineal en donde: m = 2 b = 4 es decir, que cuando x = 0, f(x) = y = 4. Observa la siguiente representación gráfica: x f(x)=2x + 4 Pares ordenados Gráfica -3 -2 (-3, -2) -2 0 (-2, 0) -1 2 (-1, 2) 0 4 (0, 4) 1 6 (1, 6) 2 8 (2, 8) 3 10 (3, 10) Así, se observa que la gráfica es una línea recta creciente, esto se debe a que m > 0, por lo que conforme “x” aumenta, también lo hace ”y”, por lo tanto, se trata de una función creciente. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.2.2. Tipos de funciones y sus gráficas En este caso, la x toma los siguientes valores: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. La variable dependiente toma valores que dependen efectivamente de la variable independiente. Por ejemplo, para x=-3, y = 2(-3)+4 = -6+4 = -2. Para x=-2, y = 2(-2)+4 = -4+4 = 0. Para x=-1, y = 2(-1)+4 = -2+4 = 2. Para x=0, y = 2(0)+4 = 0+4 = 4. Para x=1, y = 2(1)+4 = 2+4 = 6. Para x=2, y = 2(2)+4 = 4+4 = 8. Para x=3, y = 2(3)+4 = 6+4 = 10 11 Problemátic a Función cuadrática Una función cuadrática es aquella que tiene la forma: La forma de la gráfica de una función cuadrática es una parábola, en donde el vértice es el punto más bajo si la parábola abre hacia arriba y el vértice es el punto más alto cuando la parábola abre hacia abajo. Si a > 0, la parábola abre hacia arriba. Si a < 0, la parábola abre hacia abajo. El vértice está dado por las coordenadas que se calcula con las siguientes fórmulas: En donde a, b y c son números reales. a ≠ 0, mientras que b y c pueden valer cero. Sea , se observa que se trata de una función cuadrática en donde: a = 1 b = 4 c = -2 y las coordenadas del vértice: Por lo que el vértice será: Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Gráficamente la función cuadrática sería como se muestra a continuación: x f(x)=x2 + 4X - 2 Pares ordenad os Gráfica -3 -5 (-3, -5) -2 -6 (-2, -6) -1 -5 (-1, -5) 0 -2 (0, -2) 1 3 (1, 3) 2 10 (2, 10) 3 19 (3, 19) Observa que la gráfica es una parábola que abre hacia arriba y que su punto más bajo se encontrará en las coordenadas del vértice: (-2, -6). 12 a En este caso, la x toma los siguientes valores: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. La variable dependiente toma valores que dependen efectivamente de la variable independiente. Por ejemplo, para x=-3 Para x=-2, Para x=-1, Para x=0, Para x=1, Para x=2, Para x=3, Se forman entonces 7 pares ordenados (x, y), que son: (-3, -5), (-2, -6), (-1, -5), (0, -2), (1, 3), (2, 10), (3, 19). Hay que recordar que las variables “x” “y”, pueden tomar valores no enteros, por lo que existe una infinidad de pares ordenados aunque no se encuentren expresados en la tabla que se presenta. La gráfica es una parábola. Esta gráfica nos muestra cómo luce una función cuadrática. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 13 a Función Polinominal Una función es polinomial si: El valor de n determina el grado de la función polinomial, que puede ser lineal, cuadrática, cúbica, de cuarto grado, de quinto grado, etc., dependiendo del valor de n, es decir, el valor más alto del exponente de la función es el que determinará de qué grado es la función. Función cúbica Función de quinto grado Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Función racional Una función racional es el cociente de dos funciones polinomiales y se representa como: Ejemplo: Sea En la siguiente gráfica se observa que en -1 la función crece al infinito ∞ x 𝑓 𝑥 = 2𝑥𝑥 + 1 Pares ordenad os Gráfica -3 3 (-3, 3) -2 4 (-2, 4) -1 ∞ (-1, ∞) 0 0 (0, 0) 1 1 (1, 1) 2 1.33 (2, 1.33) 3 1.5 (3, 1.5) 14 a Se presenta un plano cartesiano, y una tabla de datos correspondiente a las variables dependiente e independiente cuando: En este caso, la x toma los siguientes valores: -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. La variable dependiente toma valores que dependen efectivamente de la variable independiente. Por ejemplo, para x= -3 Para x=-2, Para x=-1, Para x=0, Para x=1, Para x=2, Para x=3 Se forman entonces 7 pares ordenados (x, y), que son: (-3, 3), (-2, 4), (-1, infinito) 0), (1, 1), (2, 1.33), (3, 1.66). Hay que recordar que las variables “x” e “y”, pueden tomar valores no enteros, por lo que existe una infinidad de pares ordenados aunque no se encuentren expresados en la tabla que se presenta. Esta gráfica nos muestra cómo luce una función racional. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 15 a Función exponencial Una función exponencial es aquella en la que la variable independiente se encuentra como exponente de un número constante:𝒇 𝒙 = 𝒂 𝒙 La gráfica es creciente cuando a > 1 y decreciente cuando 0 < a < 1 Ejemplo: Sea 𝑓 𝑥 = 2 𝑥 x 𝑓 𝑥 = 2𝑥 Pares ordenados Gráfica -2 0.25 (-2, 0.25) -1 0.5 (-1, 0.5) 0 1 (0, 1) 1 2 (1, 2) 2 4 (2, 4) 3 8 (3, 8) Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad En este caso, la x toma los siguientes valores: 2, -1, 0, 1, 2, 3. La variable dependiente toma valores que dependen efectivamente de la variable independiente. Por ejemplo, para x= -2 Para x= -1, Para x=0, Para x=1, Para x=2, Para x=3 Se forman entonces 6 pares ordenados (x, y), que son: (-2, 0.25), (-1, 0.5), (0, 1), (1, 2), (2, 4), (3, 8). Hay que recordar que las variables “x” e “y”, pueden tomar valores no enteros, por lo que existe una infinidad de pares ordenados aunque no se encuentren expresados en la tabla que se presenta. Esta gráfica nos muestra cómo luce una función exponencial. 16 a Función logarítmica Una función logarítmica se define como la inversa de la exponencial y puede ser representada de la siguiente manera: Un ejemplo de función logarítmica es: x 𝑓 𝑥 = 𝑙𝑜𝑔 2𝑥 Pares ordenad os Gráfica 0.25 -2 (0.25, -2) 0.5 -1 (0.5, -1) 1 0 (1, 0) 2 1 (2, 1) 4 2 (4, 2) 8 3 (8, 3) Observa la siguiente representación gráfica Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad En este caso, la x toma los siguientes valores: 0.25, 0.5, 1,2, 4, 8. La variable dependiente toma valores que dependen efectivamente de la variable independiente. Por ejemplo, para x= 0.25 Se forman entonces 6pares ordenados (x, y), que son: (0.25, -2), (0.5, -1), (1, 0), (2,1), (4,2), (8, 3). Hay que recordar que las variables “x” “y” pueden tomar valores no enteros, por lo que existe una infinidad de pares ordenados aunque no se encuentren expresados en la tabla que se presenta. Esta gráfica nos muestra cómo luce una función logarítmica. Para x= 0.5, Para x=1, Para x=2, Para x=4, Para x=8, 17 a Relacionado con la administración, es importante que conozcas y sepas aplicar las funciones matemáticas, ya que en algún momento de tu vida laboral te encontrarás con ellas. Es importante mencionar que la función de ingresos también puede seguir cualquier otro comportamiento algebraico: cuadrático, lineal, exponencial, entre otros. Un punto de equilibrio es usado comúnmente en las empresas u organizaciones para determinar la rentabilidad de vender X producto. ¿quieres saber cómo? Se te invita a estudiar los siguientes conceptos: Ingreso Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.2.3. Ingreso, costo, utilidad y punto de equilibrio El planteamiento es: un club social que cuenta con 2300 afiliados está por incrementar a los asociados las cuotas mensuales, quienes actualmente pagan $500.00, sin embargo, antes de realizar dicha operación, el consejo directivo realizó una encuesta con la que determinó que por cada incremento de $50.00 podrían perder a 15 socios. A continuación puedes ver un ejemplo del ingreso. 18 ¿Cuál será el comportamiento del ingreso del club al incrementar en $50.00 la cuota mensual. El número de socios nuevos es: y = y1 – y2 = 2300 – (8x – 3200) = 5500 – 8x x = nueva cuota y = número de socios y1 = número de socios antes del incremento en la cuota y2 = número de socios después del incremento en la cuota La solución es la siguiente: Si se considera determinar el ingreso mensual en función de la cuota (precio) que paga cada socio, se tienen las siguientes variables: Finalmente, tomando en cuenta la función general de ingreso: I(x) = xp Se tiene que para este caso:𝐼 𝑥= 𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑐𝑖𝑜𝑠𝐼 𝑥 = 𝑥𝑦𝐼 𝑥 = 𝑥 5500 − 8𝑥 Por lo tanto, el ingreso mensual en el club social cuando se aplique la nueva cuota estará dado por la siguiente función cuadrática:𝑰 𝒙 = 𝟓𝟓𝟎𝟎𝒙 − 𝟖𝒙 𝟐 𝒑𝒆𝒔𝒐𝒔 Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Costo La función de costo total se define como: 19 El planteamiento es: una maquiladora de pantalones de mezclilla ha calculado que sus costos fijos mensuales son de $125,000.00 y que cada pantalón le genera un costo de $35.00. ¿Qué hacer? Para determinar el costo total de fabricación en el siguiente mes si se van a elaborar 1500 pantalones de mezclilla. La solución. Lo primero que se deberá determinar es la función de costo total. La solución es la siguiente: C(x) = ax + Cf Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad En la figura que ilustra la función de costo total e indica que el valor de “a” (el costo de elaboración de un pantalón) es de $35, la variable independiente “x” expresa el número de pantalones y “Cf” representa los costos fijos mensuales con un valor de $125,000. Sustituyendo en la función de costo total se tiene: C(x)=35x+125000 pesos Finalmente, el costo de producción de 1500 pantalones del siguiente mes será de: C(1500)=35(1500)+125000 C(1500)=$177,500 pesos 20 Otra variante del costo es: Costo promedio o costo medio: está relacionado con el costo total C(x) de producción o venta de x artículos o servicios y se obtiene al dividir el costo total de entre el número de unidades producidas o servicios ofertados: 𝑪𝒎 𝒙 = 𝑪(𝒙𝒙 Donde: C(x) = función de costo x = número de artículos o servicios Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad El planteamiento es: el costo total de producir x libretas escolares por semana sigue el comportamiento de la siguiente función cuadrática:𝐶 𝑥 = 0.63𝑥 2 + 233𝑥 + 250 𝑑ó𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 ¿Cuál será el costo promedio de producir 10000 unidades mensualmente, considere que el mes tiene 4 semanas? 𝐶 𝑥 𝑚 = 𝐶 𝑥 = 0.63𝑥 2 + 233𝑥 + 250𝑥𝐶 𝑥 𝑚 = 𝐶 𝑥𝑥 = 0.63𝑥2𝑥 + 233𝑥𝑥 + 250𝑥𝐶 𝑥 𝑚 = 0.63𝑥 + 233 + 250𝑥 Finalmente, sustituyendo el número de libretas que se desea producir: x = 10000, se tiene que: 𝐶 10000 𝑚 = 0.63 10000 + 233 + 25010000𝐶 10000 𝑚 = 6300 + 233 + 0.025 Solución: lo primero que se deberá realizar será determinar la función de costo promedio, es decir, dividiendo la función de costo entre x: Con lo que se obtiene que el costo promedio de producción semanal es de:𝑪 𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎 𝒎 = 𝟔𝟓𝟑𝟑. 𝟎𝟐𝟓 𝒅ó𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 Por lo tanto, el costo promedio de producción mensual será de:𝐶 10000 𝑚 = 4 6533.025𝑪 𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎 𝒎 = 𝟐𝟔𝟏𝟑𝟐. 𝟏 𝒅ó𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 21 Utilidad Se obtiene restando los costos de los ingresos:𝑼 𝒙 = 𝑰 𝒙 − 𝑪(𝒙 Un fabricante de cremas faciales, mensualmente tiene costos de producción de $15,000.00 y el costo de fabricación por crema es de $4.50. Si cada crema la vende por mayoreo a las tiendas departamentales en $25.00, determine las utilidades que genera en su empresa la venta de cremas faciales si mensualmente vende en exclusiva 2000 cremas a una cadena de SPA. Solución: si se sabe que las utilidades están representadas por:𝑼 𝒙 = 𝑰 𝒙 − 𝑪(𝒙 Entonces es necesario determinar tanto la función de ingresos como la de costo total, de ahí que en este caso se tienen los siguientes datos: x = número de cremas𝐶𝑓 = $15,000.00𝐶𝑣 = 4.50x Cremas vendidas por mes = 2000 p = $25.00 Entonces para los ingresos:𝐼 𝑥 = 𝑥𝑝 Sustituyendo los datos del problema:𝑰 𝒙 = 𝟐𝟓𝒙 Y los costos estarán dados por:𝐶 𝑥 = 𝐶𝑣 + 𝐶𝑓 Sustituyendo los datos del problema:𝑪 𝒙 = 𝟒. 𝟓𝟎𝒙 + 𝟏𝟓𝟎𝟎0 Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 22 a Así sustituyendo en la función de utilidad:𝑈 𝑥 = 𝐼 𝑥 − 𝐶(𝑥 𝑈 𝑥 = 25𝑥 − 4.50𝑥 + 15000= 25𝑥 − 4.50𝑥 − 15000𝑼 𝒙 = 𝟐𝟎. 𝟓𝒙 − 𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎 𝒑𝒆𝒔𝒐𝒔 Si mensualmente vende 2000 cremas faciales:𝑈 200 = 20.5(2000 − 15000𝑈 200 = 41000 − 15000𝑼 𝟐𝟎𝟎 = 𝟐𝟔𝟎𝟎𝟎 𝒑𝒆𝒔𝒐𝒔 Por lo que mensualmente la crema facial le genera utilidades de 26,000 pesos. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Punto de equilibrio Punto de equilibrio: es el punto en que el importe de las ventas de una empresa es igual al de los costos y gastos que dichas ventas originan.𝑰 𝒙 = 𝑪(𝒙) •Si el costo total de producción supera a los ingresos que se obtienen por las ventas de los objetos producidos o servicios vendidos, la empresa sufre una pérdida. •Si los ingresos superan a los costos, se obtiene una utilidad o ganancia. •Si los ingresos logrados por las ventas igualan a los costos de producción, se dice que el negocio está en el punto de equilibrio o de beneficio cero. Consideraciones 23 a Gráficamente, el punto de equilibrio es el que está representado por la intersección de las rectas que representan a la función de costos e ingresos. Si I(x) < C(x), entonces la empresa tiene pérdidas. Si I(x) = C(x) la empresa no gana ni pierde, está en el punto de equilibrio. Si I(x) > C(x) la empresa tiene ganancias. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.2.4. Modelo gráfico del punto de equilibrio 24 a Con el álgebra de límites te puedes aproximar a un valor, ya sea un número cualquiera o el infinito, de manera exacta. Así, se puede decir que el límite de una función describe el comportamiento de una función f(x) conforme la variable independiente se aproxima a un valor constante. Se tiene la función y se requiere determinar su comportamiento cuando los valoresde x tienden o se acercan a 1. Solución Se puede observar que la función no está definida en x = 1, esto es porque cuando x toma el valor de 1, la función tiende al infinito, ya que cualquier número dividido entre cero es igual a infinito. Sin embargo, sí se puede determinar el comportamiento o valores que va tomando la función cuando x → 1 (x tiende a 1), ya sea con valores más pequeños a uno o bien más grandes a uno: 1 > x > 1. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3. Álgebra de límites 25 X Gráfica -0.5 0.166667 0.5 0.500000 0.6 -0.200000 0.7 -1.566667 0.8 -4.600000 0.9 -14.300000 0.95 -34.150000 0.98 -94.060000 0.999 -1994.0030 0.9999 -19994.0003 1 ∞ 1.0001 20006.0003 1.001 2006.003 1.01 206.03 1.1 26.3 1.5 11.5 Observa la siguiente representación gráfica: Como pudiste observar, conforme x se acerca a 1 la función es igual a ± 20000, dependiendo de si se va acercando por la derecha o por la izquierda a 1, es decir: En conclusión se tiene que: Cuando f(x) se acerca cada vez más a un número Límite (C), conforme x se aproxima a un valor constante “a” por cualquier lado, entonces C será el límite de la función y se escribe: Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 26 a Operación para determinar los límites de una función: En la presente fórmula de álgebra de límites se puede observar que para evaluar el límite de una función sea f(x), g(x) o cualquiera, se tiene que sustituir en dicha función el valor del número hacia el cual tiende x y el resultado será siempre un número constante. Solución: Desarrollo En esta segunda fórmula se observa que para sumar o restar dos funciones evaluadas en el valor hacia el cual tiende x, se puede obtener de manera independiente el resultado de cada función al sustituir el valor de x en cada una y finalmente sumar o restar ambos resultados según sea el caso. En el siguiente caso se tiene que para multiplicar dos funciones evaluadas en el valor hacia el cual tiende x se puede obtener de manera independiente el resultado de cada función al sustituir el valor de x en cada una y finalmente multiplicar ambos resultados. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 27 C o n c l u s i ó n: El evaluar un límite de una función es tan simple como sustituir el valor hacia el cual tiende x en la función. El aplicar el álgebra de límites es únicamente aplicar las operaciones de suma, resta, multiplicación, división, raíz n-sima y elevar a una potencia en los resultados obtenidos de las funciones a las que ya se les ha sustituido el valor límite. a En la siguiente fórmula se tiene que para dividir dos funciones evaluadas en el valor hacia el cual tiende x, se puede obtener de manera independiente el resultado de cada función al sustituir el valor de x en cada una y finalmente dividir ambos resultados. En esta fórmula el valor hacia el cual tiende x se sustituye en la función y posteriormente se evaluará la potencia a la que está elevada la función. En esta última fórmula de igual manera sustituyes el valor de x en la función y posteriormente calculas la raíz n-sima a la que está elevada x. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 28 a Si se tiene una función constante f(x) = C, el límite de la función cuando x tienda a un valor “a” será siempre C, esto es: Para determinar el límite de la función: f(x) = 10, cuando x → 8. Y siguiendo el razonamiento de la fórmula general anterior, se tiene que: Existen diferentes límites de una función, a continuación se te muestra el limite de función y su procedimiento. Función constante Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3.1. Límite de una función y sus propiedades Límites infinitos Cuando se tiene una función racional en la que q(x) se hace cero cuando x tiende a un valor constante “a”, entonces f(x) = ∞, es decir: Para determinar el límite de la función: cuando x → 1 sustituyendo el valor de x en la función, se tiene que: 29 Cualquier función Para determinar el límite de la función: f(x) cuando x → 0 y cuando x → 5. Sustituyendo el valor de x en la función para cada caso se tiene que: Para cualquier función f(x) se tiene que el límite de la función cuando x → a es el número constante que resulta de sustituir el valor de “a” en la función. Para determinar el límite de la función: cuando x → 0 y cuando x → 2. Sustituyendo el valor de x en la función se tiene que: f(x) = Y 1 2 Y Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 30 a A continuación verás ejemplos para el cálculo de límite de una función cuando la variable independiente tiende al infinito. • El valor de la función puede crecer o decrecer indefinidamente, sin embargo, existen casos en los que la función adquiere valores reales. Cuando x → ∞ ¿Cuál será el límite de f(x) = 7x4 – 2x3 + x2 +100 cuando x →∞? Solución: al aplicar el límite infinito en la función se tiene que: Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3.2. Límite de una función cuando las variables tienden al infinito 31 a En una fábrica de electrodomésticos se tienen costos fijos de producción de $1’000,000.00 anuales y sus costos específicos son del orden de $430.00 por electrodoméstico. ¿Hasta qué punto puede reducir los costos promedio de producción al aumentar la producción indefinidamente? Solución: Se observa que la función de costo tendrá la forma C(x)=430x + 1’000,000, en donde x representa la cantidad de electrodomésticos producidos, de ahí que para determinar el costo promedio de producción se tendrá que dividir la función de costo entre el número de artículos a producir (x): Y si lo que se desea conocer es el costo promedio de producción cuando el nivel de producción se eleve indefinidamente se tiene que: Por lo tanto, el costo promedio de producción será de $430.00 cuando el nivel de fabricación de productos electrodomésticos crezca indefinidamente. Es importante notar que cuando se divide un número cualquiera entre ∞ el resultado siempre será cero, ya que el valor del divisor siempre será mucho más grande que el valor del número que se quiere dividir. Nota Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 32 a El nivel de satisfacción (%) de clientes en un autoservicio de acuerdo al número de artículos comprados fue medido a través de la siguiente función: En donde x representa el número de artículos comprados. ¿Cuál será el nivel de satisfacción del cliente (%) conforme aumentan las compras del cliente? Solución: Si se considera que el cliente comprará un número infinito de artículos se puede observar cuál será el comportamiento del nivel de satisfacción del cliente en el punto más alto de sus compras: Con el fin de eliminar la indeterminación, en el caso de una función racional es conveniente dividir cada uno de los factores de la función entre la variable independiente con la potencia más alta, así se tiene que, para este caso en particular. Por lo que el nivel de satisfacción del cliente será del 83.33% y nunca podrá ser mayor a éste. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 33 a ¿A qué se refieren las funciones continuas y discontinuas? Son aquellas cuyas gráficas se pueden dibujar en un solo trazo, es decir, si no presentan cortes o puntos de discontinuidad. Es discontinua si hay puntos en los cuales existe una pequeña variación de la variable independiente, lo que genera un salto en los valores de la variable dependiente. Continuas Discontinuas Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3.3. Funciones continuas y discontinuas Fuente: Freedigitalphotos 34 Según sepudo observar, al realizar el cálculo de límites de una función, no siempre el límite coincide con el valor de la función en el punto hacia el cual se aproxima la variable independiente, esto es fácil de detectar al graficar la función en los valores cercanos al límite, ya que la gráfica de la función se puede cortar o tener una interrupción en algún punto cercano al límite. Por ejemplo, se tiene la siguiente función: en la que se dice que x → 1, y que al graficar las coordenadas que van acercándose al límite se tiene la siguiente gráfica: En donde se observa que hay un punto exactamente cuando x = 1 en el que la gráfica de la línea ya no continúa con el resto de los valores, es decir, que hay una ruptura en la gráfica. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3.4. Conceptos relacionados a la continuidad y a la discontinuidad en una función 35 a De ahí que se puede definir que una función es continua cuando no se presenta un corte en la línea que representa su gráfica, mientras que en una función discontinua se presentan cortes en la línea que representa la gráfica de la función. Así se tienen tres condiciones que permiten descubrir si una función es continua o discontinua: Una función será continua si f(x) está definida en x = a, es decir, que sus valores son reales. Una función será continua si el Límite de la función f(x) cuando x → a existe. Una función será continua si: Por lo que si una de las condiciones anteriores no se cumple, la función será discontinua. Operaciones con funciones continuas Si las funciones f(x) y g(x) son continuas en un punto a, entonces las funciones podrán sumarse, multiplicarse o dividirse (para g(x) ≠ 0 en el caso de división). Toda función polinomial es continua. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 36 a Oferta y demanda. Un vendedor de aceites orgánicos en frascos de 250 ml vende aceite de uva a $90.00 cada frasco, pero si le compran más de 10 frascos el precio por frasco es de $85.00. ¿Qué se le podría recomendar al vendedor para que pueda conservar su escala de precios de mayoreo sin que se le presenten problemas económicos con su promoción? Solución: Si se define como p(x) a la función de precio de x frascos de aceite de uva, se tiene la siguiente función: El modelo gráfico que representa a esta función de oferta vs demanda es: Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad 3.3.5. Aplicación de funciones continuas y discontinuas Con lo que se observa que el precio de 10 frascos es de $900.00 y de 11 frascos es de $935.00, por lo que para evitar contradicciones, el precio de 11 frascos debe ser superior al de 10; si se dice que p es el precio de cada frasco de aceite cuando se compran más de 10 frascos, se debe cumplir que 11p > 900, es decir, p > 900/11 = $81.81, por lo tanto, el vendedor debe asignar un precio superior a $81.81 para cada frasco cuando le compren más de 10 frascos de aceite de uva. 37 a También, estudiaste el concepto de límite y cómo es que describe, de forma precisa, el comportamiento de una función cuando los valores de la variable independiente están muy próximos a un valor constante, además de su utilidad en los procesos económico- administrativos, tales como rendimiento y producción máxima. También pudiste observar cuando una función es continua, su aplicación en procesos productivos y su impacto en los costos de producción. La solución de problemas de límites y continuidad de una función te permitirán determinar su impacto en los procesos económico-administrativos, como pudiste observar en los ejemplos que se te proporcionaron. Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Cierre de la unidad En esta unidad analizaste los tipos de funciones y las operaciones que puede haber entre ellas. El estudio de estas expresiones algebraicas te permitirá dar solución práctica a los diversos problemas que se presentan en el área económico-administrativa, a través del análisis de situaciones de optimización, costo total, ingreso, oferta y demanda, y mediante el uso de los diferentes tipos de funciones y modelos gráficos. 38 a Matemáticas administrativas Unidad 3. Funciones, límites y continuidad Fuentes de consulta Chiang. (2006). Métodos fundamentales en economía matemática. (4° edición). México: Editorial McGraw-Hill. Cissell, R., Cissell, H. y Flaspohler, D. C. (1999). Matemáticas Financieras. (2ª edición). México: Editorial CECSA. García, E. (1998). Matemáticas Financieras por medio de Algoritmos, Calculadora Financiera y PC. México: Editorial McGraw-Hill. Harshbarger, R. J. y Reynolds, J. J. (2005). Matemáticas Aplicadas a la Administración, Economía y Ciencias Sociales. (7° edición). México: McGraw-Hill. Leithold, L. (2006). El cálculo. (7ª edición). Oxford: Editorial Cúspide. Motoyuki, A. (2000). Matemáticas Financieras. Córdoba, Argentina: Despeignes Editora. Render, B., Stair, R. M. y Hanna, M. E. (2006). Métodos cuantitativos para los negocios. México: Pearson Educación. Spiegel, M. R. (1994). Manual de Fórmulas y Tablas Matemáticas. México: McGraw- Hill. Thomas. (2006). Cálculo de una variable. Editorial Prentice Hall. Toledano y Castillo, M. A. y Himmelstine de Chavarria, L. E. (1984). Matemáticas Financieras. México: Editorial CECSA. Vidaurri, H. M. (2001). Matemáticas Financieras. (2ª edición). México: Ediciones Contables, Administrativas y Fiscales - Thomposn Learning. 39 Página 1 Página 2 Página 3 Página 4 Página 5 Página 6 Página 7 Página 8 Página 9 Página 10 Página 11 Página 12 Página 13 Página 14 Página 15 Página 16 Página 17 Página 18 Página 19 Página 20 Página 21 Página 22 Página 23 Página 24 Página 25 Página 26 Página 27 Página 28 Página 29 Página 30 Página 31 Página 32 Página 33 Página 34 Página 35 Página 36 Página 37 Página 38 Página 39
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