Ejercicio 1
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Hallar k∈R para que n→+∞lim(n2+9n2+kn+1)2n=e14.
Ver solución
Para cualquier k, la base tiende a 1 y el exponente a +∞: indeterminación 1∞. Escribimos la base como 1+(algo que tiende a 0):
n2+9n2+kn+1=1+n2+9kn−8.Entonces
(1+n2+9kn−8)2n=(1+n2+9kn−8)kn−8n2+9n2+9(kn−8)⋅2n(para n grande, kn−8=0 para cualquier k, así que la cuenta vale).
Lo del corchete tiende a e, y el exponente de afuera:
n→+∞limn2+92kn2−16n=2k.Así que el límite vale e2k. Pedimos
e2k=e14⟺2k=14⟺k=7.
Ejercicio 2
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Sea f:(−21,+∞)→R la función dada por
f(x)=⎩⎨⎧x1+ln(1+2x)−cos(4x)2si x=0si x=0.
Hallar, si existe, f′(0).
Ver solución
Primero, continuidad en 0. El cociente es 00 (en 0 el numerador da 1+0−1=0). Separamos:
x1+ln(1+2x)−cos(4x)=2⋅2xln(1+2x)+4x⋅(4x)21−cos(4x)x→02⋅1+0⋅21=2=f(0).Es continua.
Derivada por definición:
f′(0)=h→0limhf(h)−2=h→0limh21+ln(1+2h)−cos(4h)−2h.Es 00. Aplicamos L’Hôpital:
h→0lim2h1+2h2+4sen(4h)−2.Sigue siendo 00 (el numerador en 0 da 2+0−2=0). L’Hôpital otra vez:
h→0lim2−(1+2h)24+16cos(4h)=2−4+16=6.Por lo tanto f es derivable en 0 y f′(0)=6.
Ejercicio 3
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Sea f(x)=5ex2x2−2x+2. Hallar la cantidad de soluciones de la ecuación f(x)=11.
Ver solución
El dominio de f es R−{0}. Como t↦5et es creciente, f crece y decrece donde lo hace el exponente
g(x)=x2x2−2x+2=1−x2+x22.Derivada de g:
g′(x)=x22−x34=x32(x−2).
- En (−∞,0): x−2<0 y x3<0, así que g′>0: g crece.
- En (0,2): x−2<0 y x3>0, así que g′<0: g decrece.
- En (2,+∞): g′>0: g crece.
Valores y límites de f:
- g(2)=44−4+2=21, así que f(2)=5e1/2=5e≈8,24.
- x→±∞: g→1, así que f→5e≈13,59. Para x<0 es −x2>0, o sea g>1 y f>5e.
- x→0: g→+∞ (domina x22), así que f→+∞.
Contamos soluciones de f(x)=11 (con 5e<11<5e):
- En (−∞,0): f crece de 5e a +∞, toma valores en (5e,+∞). Como 11<5e, no hay solución.
- En (0,2]: f decrece de +∞ a 5e. Como 11>5e, por continuidad y monotonía hay exactamente una solución.
- En [2,+∞): f crece de 5e hacia 5e (sin alcanzarlo). Como 5e<11<5e, hay exactamente una solución.
Por lo tanto la ecuación f(x)=11 tiene 2 soluciones (aproximadamente x≈1,14 y x≈8,32).
Ejercicio 4
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Sea f:[1,e]→R definida como f(x)=8x2−25lnx. Hallar los valores máximo y mínimo absolutos de f y los puntos del intervalo [1,e] en donde se alcanzan.
Ver solución
f es continua en [1,e], así que alcanza máximo y mínimo absolutos. Los buscamos entre los puntos críticos y los extremos del intervalo.
Puntos críticos:
f′(x)=16x−x25=x16x2−25=0⟺x2=1625⟺x=45(descartamos x=−45). Como 1<45<e, está en el intervalo.
Evaluamos:
f(1)f(45)f(e)=8−25ln(1)=8,=8⋅1625−25ln(45)=225−25ln(45)≈6,92,=8e2−25≈34,11.
- El máximo absoluto es 8e2−25 y se alcanza en x=e.
- El mínimo absoluto es 225−25ln(45) y se alcanza en x=45.