UNIDAD 6: FUNCIONES - Cipri · Departamento de Matemáticas 1 UNIDAD 6: FUNCIONES 1. CONCEPTO DE FUNCIÓN ... OPERACIONES CON FUNCIONES Función suma Función producto ... Despejar

I.E.S. “Ramón Giraldo”

ipri Departamento de Matemáticas 1

UNIDAD 6: FUNCIONES

1. CONCEPTO DE FUNCIÓN

Las funciones son las herramientas para la descripción matemática de una situación real. De hecho, todas las fórmulas de la Física no son más que funciones, que expresan cómo ciertas magnitudes (por ejemplo, el volumen de un gas) dependen de otras (la temperatura y la presión). Una función real de variable real es una aplicación de un conjunto en el conjunto de los números reales , es decir, una ley que a cada valor del conjunto D asigna un único número real. Intuitivamente, una función real de variable real asigna a cada elemento de un elemento y de , y solo uno. Además, es importante tener en cuenta que una función queda determinada siempre que conozcamos la manera de asociar a cada elemento de D un único elemento de , esto es, no es necesario que exista una fórmula matemática que relacione dichos elementos, y, de hecho, una función se puede dar mediante una expresión algebraica, una tabla de valores, una gráfica…

La función de en se simboliza así:

El conjunto D recibe el nombre de dominio de la función, y se representa por , y el conjunto

de los transformados mediante recibe el nombre de recorrido o imagen de la función (conjunto de

valores que toma la función), y se representa por :

Las funciones también se suelen escribir en la forma , y se dice que x es la variable

independiente e y la variable dependiente o función. Una función puede venir dada en forma explícita o en forma implícita. Una función dada en forma explícita tiene la forma:

y f x

ya que permite calcular directamente el valor de y dado el valor de x. Por el contrario, una función está en forma implícita si la variable dependiente no está explicitada respecto a la variable

independiente, expresándose de la forma: , 0f x y Ejemplo:

Las funciones 2 1sen , 1 e y x y x x y

x están dadas en forma explícita, mientras que las

funciones 5 2 10 0 y 10y xy xy xy están dadas en forma implícita.

D

x D

f D

:

:

f D

x f x y

Dom f

f

Img o por Recf f

Dom : tiene sentidof x f x

Img Rec / existe al menos un :f f y x D y f x

y f x


Matemáticas I 2

Ejercicio: 1. Indica en cada caso si la función está expresada en forma implícita o explícita, y pasa de una

forma a otra:

a) 2 3 2y x x b) 0yx y x c) 3 01

y x

x

d) 1 0yx e) 1

xy

x

f)

2

2 1

xy

x

Dos funciones son iguales, , cuando

a) y

b) .

Geométricamente, una correspondencia es una función cuando la gráfica de la correspondencia corta a cada recta vertical en un único punto.

Correspondencia que es función

Correspondencia que no es función

Ejercicios:

2. Indica en cada una de las siguientes gráficas cuáles son representaciones de funciones y cuáles no:

y f g f g

Dom Domf g

f x g x Domx f



3. De las siguientes parejas de funciones, indica cuáles son iguales y cuáles no: a) 1 ; 3 3 3y x x y y

b) 2

; 1x x

y y xx

c) 1 ; 3 3 3y x x y

d) si 0 si 0

; si 0 si 0

x x x xy y

x x x x

e) si 0 si 0

; si 0 si 0

x x x xy y

x x x x

4. Calcula el dominio de las siguientes funciones:

1) 2 3y x 11) f x x

2) 0yx y x 12) 2

32 4

xf x

x

3) 2

2

3xf x

x

13) 23xf x

4) 5 2 5f x x 14) 2 si 1

si 13

x xf x x

xx

5) 2

5

9f x

x

15)

2 1 si 0

si 0

x xf x

x x

6) 2log 1f x x 16) 2 1f x x

7) 2 3 0y x 17) 1

1

xf x

x

8) 2 0y x 18) xf x

x

9) 2 1f x x 19) 42

2 1

2

xf x

x

10) 1

1

xf x

x

20) f x x x

2. FUNCIONES ALGEBRAICAS

Funciones polinómicas

Son del tipo es un polinomio.

Funciones racionales

Son de la forma son polinomios.

dondef x A x 11 1 0...n n

n nA x a x a x a x a

Dom f

donde y 0

A xf x A x B x

B x


Matemáticas I 4

Funciones irracionales Son funciones en las que normalmente su expresión algebraica viene dada por una raíz. Si

Funciones definidas a trozos Cuando una función se define utilizando más de una expresión algebraica, se dice que está definida a trozos.

Su dominio variará dependiendo de las expresiones algebraicas de los trozos. La imagen o recorrido de una función la estudiaremos teniendo en cuenta su representación gráfica.

Ejercicio: 5. Dibuja una gráfica que cumpla las condiciones dadas en cada uno de los siguientes casos:

a) Dom f e Img 1,1f

b) Dom f – {3} e Img f

c) Dom , 1 1,f e Img 2,2f

d) Dom f e Img f

3. OPERACIONES CON FUNCIONES

■ Función suma

■ Función producto

■ Función cociente

Dom : 0 : 0f x B x x B x

kf x g x

: 0 si el índice de la raíz es parDom

Dom si el índice de la raíz es impar

x g xf

g

y

xDominio

Rec

orri

do

y f x

f g x f x g x x Dom f Dom g

f g x f x g x x Dom f Dom g

: 0

f xfx x g x

g g x

Dom Dom Dom : 0f

f g x g xg



Ejercicios:

6. Calcula , Dom y 5f g f g g f en cada uno de los siguientes casos:

a) 2 21 y 2 5 1 f x x g x x - x

b) 2 si 0,50 y 8f x x x g x x

7. Dadas las funciones 19 y

4f x x g x

x

, comprueba si existe la función

f g y la función f g .

8. Halla las funciones f g y f g , siendo:

2

2 si 0

1 si 0 4

1 si 4

4

x x

f x x x

xx

y 2

si 0

si 0

x xg x

x x

9. Considera las funciones 3 21, 1f x x g x x y 1

1h x

x

, y calcula:

a) f g h c) 2fg

b) f g h d) Dom f g

10. Dadas 2 11 y

1f x x g x

x

:

a) Halla 1fg

b) Determina Dom fg

c) ¿Es cierta la igualdad 2 1

11

xfg x x

x

?

11. Calcula: 3 f g , siendo

1 si 1

si 1

x xf x

x x

y 1

si 11

3 4 si 1

xg x x

x x

.

12. Dadas las funciones

2

1 si 0

1 si 0

x xf x

x x

y

2 2 si 2

3 4 si 2

x xg x

x x

halla:

a) 1fg c) 3fg

b) Dom fg d) 1fg


Matemáticas I 6

13. Sabiendo que 21 y 4f x x g x x calcula:

a) 2fg b) Domf

g

c) 3f

g

■ Función compuesta

(se lee compuesta1 con )

Para determinar el dominio de hay que determinar los valores de que cumplen:

1.

2.

En general, Ejercicios:

14. Dadas 22 1 y 1f x x g x x , determina:

a) f g b) g f c) Dom f g

15. Si 31 y f x g x x

x , halla y f g g f .

16. Dadas 2

11 y f x x g x

x , calcula:

a) 1f g b) Dom g f

17. Considera las funciones

2, 1f x x g x x y 1

3 1h x

x

y determina:

a) 2g f b) 2g f h

Propiedad: Elemento simétrico: se representa por , está definido por

y verifica

donde es la función identidad y está definida por . La función recibe el nombre

de función inversa2 de .

1 Se lee al revés de cómo se escribe, ya que primero aplicamos y luego .

2 ¡Alerta! (la función recibe el nombre de función recíproca de , aunque también es “usual” en la

bibliografía que llamen función recíproca a )

f g x f g x g f

f g x

Domx g

Domg x f

f g g f

1f

1f x y f y x

1 1f f x f f x I x

I x I x x 1f

f

g f

1 1f

f

1

ff

1f



■ Función inversa o Cálculo de la función inversa:

a) Expresar la variable en función de la variable .

b) Despejar la variable de la igualdad anterior con el fin de hallar la expresión de en función de .

c) Intercambiar las variables, ya que cualquier función se suele expresar “siempre” a partir de la variable .

d) Realizar la comprobación. Geométricamente, si existe la función inversa, su gráfica se obtiene tomando la simétrica de la gráfica de la función respecto de la bisectriz del primer y tercer cuadrantes.

Ejercicios:

18. Halla la función inversa de las siguientes funciones, caso de existir:

a) 3 2y x f) 2

2 1

xy

x

b) 1

2

xy

g) 3y x

c) 2

1y

x

h)

3

3 1

xy

x

d) 2 1

5

xy

x

i) 5 con y x

e) y x j) 1

con 2 3

xy

x

19. Sabiendo que 2 si 0

1 si 0

x xf x

x x

halla, si es posible, 1f x .

4. CARACTERÍSTICAS DE LAS FUNCIONES

4.1. MONOTONÍA (crecimiento, decrecimiento), máximos y mínimos relativos. Sea e un intervalo abierto. Se dice que f es:

a) estrictamente creciente en sii

b) creciente en sii

c) estrictamente decreciente en sii

y x

x xy

x

:f D I DI 0 1 0 1 0 1, : se tiene que x x I x x f x f x

I 0 1 0 1 0 1, : se tiene que x x I x x f x f x

I 0 1 0 1 0 1, : se tiene que x x I x x f x f x


Matemáticas I 8

d) decreciente en

e) constante en

Estrictamente creciente

Estrictamente decreciente

Función constante

Una función es estrictamente monótona sii es estrictamente creciente o estrictamente decreciente, y es monótona si es creciente o decreciente.

Diremos que f tiene un máximo relativo en sii existe un entorno abierto3 de , tal

que .

Diremos que f tiene un mínimo relativo en sii existe un entorno abierto de , tal que

.

Geométricamente una función (continua) tiene un máximo relativo cuando en ese punto la función pasa de ser creciente a ser decreciente y tiene un mínimo relativo cuando pasa de ser decreciente a ser creciente. 4.2. SIMETRÍAS (funciones pares e impares) Sea una función. Se dice que es

3 Un entorno abierto de es un intervalo de la forma para algún . Lo representaremos por

si necesitamos precisar el radio, , que tiene.

0 1 0 1 0 1 sii , : se tiene que I x x I x x f x f x

0 1 0 1 0 1 sii , : se tiene que I x x I x x f x f x

0x D 0x 0E x

00 xEDxxfxf

0x D 0x 0E x

0 0 f x f x x D E x

x

y

0x 0x 0x

m 0f x

y f x

:f D f

0x 0 0,x x 0

0 0 o ,E x E x

x

y

0x 0x 0x

M 0f x

y f x



a) par o simétrica respecto del eje cuando

b) impar o simétrica respecto del origen de coordenadas sii

Función par

Función impar

Geométricamente una función es:

a) par si al doblar la gráfica respecto del eje las ramas positiva y negativa de la función coinciden. b) es impar si al girarla 180º vuelve a coincidir con ella misma.

Ejercicio:

20. Estudia la simetría de las siguientes funciones:

a) xxxf 5 b) 14

2

x

xxf c) 124 xxxf

4.3. PERIODICIDAD Una función es periódica de período sii se cumplen las siguientes dos condiciones:

1)

2) es el menor de los números que cumple 1). Se estudiarán con más detalle en la unidad “Funciones exponenciales, logarítmicas y trigonométricas”. 4.4. CONTINUIDAD (funciones continuas) Definición no rigurosa4: Diremos que una función es continua en un punto

sii en un entorno de dicho punto los puntos próximos a tienen imágenes próximas a en otro

entorno de dicho punto. En el caso de que f sea continua en todos los puntos de un subconjunto , se dice que f es continua en S. Cuando una función no sea continua en un punto, se dice que es discontinua en dicho punto. 4.5. ACOTACIÓN (funciones acotadas). Máximo y mínimo absoluto. Una función está:

4 En la unidad de Límites y Continuidad daremos una definición rigurosa de función continua, que involucra límites.

OY

x D

f x f x x D

x D

f x f x x D

OY

:f D 0T

f x T f x x D 0T

:f D 0x D

0x 0f x

S D

:f D


Matemáticas I 10

a) acotada sii

b) acotada superiormente sii

c) acotada inferiormente sii

Función acotada

Función acotada superiormente Función acotada inferiormente

Como consecuencia de lo anterior se tiene la siguiente caracterización:

acotada acotada superior e inferiormente Geométricamente, el hecho de que una función esté acotada (por un número ), se traduce en que su gráfica está entre las rectas

ab x

y

M

M

y f x

Si f está acotada superiormente, el número M recibe el nombre de cota superior. A la menor de las cotas superiores se le llama supremo de f en D. Si el supremo es alcanzado por la función f, es decir,

es el supremo, entonces el número recibe el nombre de máximo absoluto de

f en D. Si f está acotada inferiormente el número m recibe el nombre de cota inferior. A la mayor de las cotas inferiores se le llama ínfimo de f en D. Si el ínfimo es alcanzado por la función f, es decir,

es el ínfimo, entonces el número recibe el nombre de mínimo absoluto de f

en D.

Teorema de Weierstrass: Si es continua, entonces tiene máximo y mínimo

absolutos, es decir,

Este resultado lo que nos dice es que la función tiene extremos absolutos, pero no nos dice dónde están ni cómo calcularlos.

0 : M f x M x D

: K f x K x D

: k k f x x D

f f

0M e y M y M

1 1:x D f x 1f x

0 0:x D f x 0f x

: ,f a b f

1 2 1 2, , : ,x x a b f x f x f x x a b



4.6. CURVATURA (funciones convexas y cóncavas). Puntos de inflexión Daremos una definición5 basada en la interpretación geométrica: Una función , donde es un intervalo, es convexa sii para cualesquiera con

la gráfica de restringida al intervalo “se halla situada por debajo” del segmento de

extremos .

Así, una función es convexa cuando el recinto del plano que queda por encima de su gráfica es un conjunto convexo (visto de arriba hacia abajo), esto es, cuando las rectas tangentes a la gráfica de la función quedan por debajo de ésta. Diremos que , donde es un intervalo, es cóncava cuando sea convexa. Una función tiene un punto de inflexión, cuando en dicho punto la función pasa de ser convexa a ser cóncava o viceversa. En el primer caso se habla de punto de inflexión convexo-cóncavo y en el segundo de punto de inflexión cóncavo-convexo. Ejercicio:

21. Indica las características (dominio, imagen, monotonía, simetrías, extremos relativos y acotación) de las siguientes funciones:

5 ¡¡Ojo!! Al consultar la bibliografía es posible encontrar libros donde llaman función cóncava a lo que nosotros llamamos función convexa. También se usa la nomenclatura cóncava hacia arriba para las funciones convexas y cóncava hacia abajo para las cóncavas. Lo importante no es el nombre que se le dé, sino el concepto. Pero lo cierto es que no he encontrado

un solo libro que no sea de Bachillerato donde la parábola sea cóncava.

:f I I ,a b I

a b f ,a b

, , ,a f a b f b

:f I I f

2y x


Matemáticas I 12

4.7. TENDENCIAS Asíntotas verticales

Decir que , significa que cuando x tiende a a (se acerca cada vez más al

punto a), con , toma valores cada vez mayores.

Análogamente, decir que , significa que cuando x tiende a a, con ,

toma valores cada vez más pequeños.

Llamamos asíntotas de una función a las rectas que se aproxima la función en el infinito.

La recta x = a es una asíntota vertical de si se da alguna de las siguientes situaciones:

Asíntotas horizontales

Decir que , significa que cuando x se hace tan grande como queramos, la

función toma valores cada vez más próximos al número b.

Análogamente, decir que , significa que cuando x se hace tan pequeño

como queramos, la función toma valores cada vez más próximos al número b.

La recta y = k es una asíntota horizontal de si se da alguna de las siguientes situaciones:

o

Ejercicios:

1. Indica las características de la siguiente función: Dominio:

Imagen o recorrido:

Monotonía: - Creciente:

- Decreciente:

- Máximos relativos:

- Mínimos relativos:

Simetrías:

Continuidad:

Periodicidad:

Acotación: - Cotas, supremo (ínfimo) y extremos absolutos en 1,1 :

Curvatura:

cuando f x x a

x a f x

cuando f x x a x a

f x

f x

cuando f x x a cuando f x x a

cuando f x x a

cuando f x b x

f x

cuando f x b x

f x

f x

cuando f x k x cuando f x k x



- Cóncava:

- Convexa:

Tendencias:

Cuando 0x

x f x

x

2. Indica las características de la siguiente función: Dominio:

Imagen o recorrido:


- Decreciente:



Simetrías:

Continuidad:

Periodicidad:

Acotación: - Cotas, supremo (ínfimo) y extremos absolutos:

Curvatura: - Cóncava:

- Convexa:

Tendencias:

Cuando 0x

x f x

x


Matemáticas I 14

3. Indica las características de la siguiente función:

Dominio:

Imagen o recorrido:

Monotonía: - Creciente: - Decreciente:


- Mínimos relativos: Simetrías: Continuidad:

Periodicidad:



- Convexa:

Tendencias:

Cuando

0

3

3

x

x

x f x

x

x




Dominio:

Imagen o recorrido:


- Decreciente:



Simetrías:

Continuidad:

Periodicidad:



- Convexa:

Tendencias:

Cuando 0x

x f x

x



Matemáticas I 16

Dominio:

Imagen o recorrido:


- Decreciente:


- Mínimos relativos: Simetrías:

Continuidad:

Periodicidad:



- Convexa:

Tendencias:

Cuando x

f xx

6. Una determinada empresa nos formula la siguiente oferta para conectarnos a Internet:

Cuota mensual de abono: 6 € Cada hora de conexión: 1 €

a) Encuentra la función que nos indique el precio a pagar mensualmente, según las horas que se haya establecido conexión.

b) Representa gráficamente esta función. c) La empresa carga un 18 % de IVA. ¿Cómo afecta esto a la función anterior y a su gráfica?

7. Queremos encuadernar todos los libros de la biblioteca de nuestro centro y nos cobran 7 €

por cada libro si el número de páginas no supera las 200. A partir de 200 páginas, por cada página más se incrementa el precio en 0,02 €. Responde a las siguientes cuestiones: a) Encuentra la función que nos da el precio a pagar por la encuadernación de un libro

dependiendo del número de páginas de este. b) Representa gráficamente esta función. c) ¿Es continua dicha función?

8. Los costes de producción (en euros) de una empresa vienen dados por:

240 000 20C q q q

donde q es el número de unidades producidas. El precio de venta de cada unidad producida es de 250 euros.

a) Expresa en función de q el beneficio de la empresa y represéntalo gráficamente. b) ¿Cuántas unidades hay que producir para que el beneficio sea máximo?



Indicaciones: (1) Recuerda que para representar una parábola 2f x ax bx c , hay que

calcular el vértice ( ,2 2

b bV f

a a

) y los puntos de corte con el eje OX, si los tiene, o

construir una tabla de valores con dos valores a la izquierda del vértice y otros dos a la derecha del mismo. (2) Las funciones cuadráticas alcanzan su máximo o su mínimo en el vértice.

9. La dosis de un fármaco comienza con 10 mg y cada día debe aumentar 2 mg hasta llegar a 20 mg. Debe seguir 15 días con esa cantidad y a partir de entonces ir disminuyendo 4 mg cada día. a) Representa gráficamente la función que describe el enunciado y determina su expresión

algebraica. b) Indica su dominio y su recorrido.

10. De un cuadrado de 4 cm de lado, se cortan en las esquinas triángulos rectángulos isósceles

cuyos lados iguales miden x. a) Escribe el área del octógono que resulta en función de x. b) ¿Cuál es el dominio de esa función? ¿Y su recorrido?

11. Una empresa fabrica envases con forma de prisma de dimensiones x, 2

x y 2x cm.

a) Escribe la función que da el volumen del envase en función de x. b) Halla su dominio sabiendo que el envase más grande tiene 1 l de volumen. c) ¿Cuál es su recorrido?

4.8. FUNCIONES INYECTIVAS, SOBREYECTIVAS Y BIYECTIVAS

Una función es inyectiva sii o equivalentemente

.

Es decir, si elementos distintos de tienen imágenes distintas en . Geométricamente, una función es inyectiva si cualquier recta paralela al eje OX sólo corta a la gráfica de la función en un único punto. Algunas propiedades importantes son las siguientes:

1) Si es estrictamente monótona, entonces es inyectiva.

2) Si es inyectiva, entonces .

3) Si es continua e inyectiva, entonces es estrictamente monótona.

:f D , si x y D f x f y x y

, si x y D x y f x f y D

:f D f

:f D 1 :f f D D

:f D f


Matemáticas I 18

Una función es sobreyectiva sii tal que , es decir,

cuando . Es decir, si todo elemento de es imagen de alguno de .

Diremos que es biyectiva sii es inyectiva y sobreyectiva.

:f D R x R y D f x y

Img f R R D

:f D

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