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Análisis Matemático I (66) · Unidad 1 — La recta real y funciones elementales

Función cuadrática

Toda parábola es la misma parábola y = x² estirada y corrida. Encontrar el vértice es encontrar dónde la corriste, y eso resuelve de una todos los problemas de máximos y mínimos que aparecen antes de que existan las derivadas.

Practicar este tema →7 ejercicios que te corrigen paso a paso · gratis, sin cuenta

La explicación

Tres formas de escribir lo mismo

polinómica: f(x) = ax² + bx + c
canónica:    f(x) = a(x − h)² + k
factorizada: f(x) = a(x − x₁)(x − x₂)

Cada una regala un dato distinto sin hacer cuentas: la polinómica la ordenada al origen (c = f(0)), la canónica el vértice (h, k), la factorizada las raíces. Elegir la forma correcta es la mitad del ejercicio: si te piden el vértice, pasá a canónica; si te piden los ceros, a factorizada.

El coeficiente a es el mismo en las tres y nunca desaparece. Si lo perdés al pasar de una a otra, el control es inmediato: f(0) tiene que dar lo mismo en todas.

De polinómica a canónica: completar cuadrados

Para x² − 6x + 5:
1. Tomo la mitad del coeficiente de x: −6/2 = −3.
2. Escribo (x − 3)², que vale x² − 6x + 9: me pasé en 9.
3. Compenso: x² − 6x + 5 = (x − 3)² − 9 + 5 = (x − 3)² − 4.
Con a ≠ 1 hay que sacarlo primero como factor común de los dos primeros términos.

El vértice

h = −b/(2a)    k = f(h)

No hace falta memorizar la fórmula de k: se calcula evaluando, y de paso eso verifica que h esté bien. Otro camino, útil cuando ya tenés las raíces: el vértice está en el punto medio entre ellas, porque la parábola es simétrica.

La recta x = h es el eje de simetría. De ahí sale algo que ahorra cuentas: f(h + d) = f(h − d) para cualquier d. Dos puntos a la misma distancia del eje tienen la misma altura.

Raíces y discriminante

Δ = b² − 4ac

Los ejercicios con parámetro casi siempre se resuelven mirando el discriminante: "hallar k para que tenga una sola raíz" es pedir Δ = 0, y "para que no corte al eje x" es pedir Δ < 0.

Imagen y monotonía

Las dos salen del vértice y del signo de a:

a > 0: Im = [k, +∞), mínimo en h
a < 0: Im = (−∞, k], máximo en h

Y la parábola decrece de un lado del vértice y crece del otro, nunca es monótona en todo ℝ. Si te piden un intervalo donde sea inyectiva, la respuesta es cualquiera que no cruce el eje de simetría.

Positividad y negatividad

Con las raíces en la mano es directo: entre las raíces la función tiene el signo contrario al de a, y afuera el mismo signo que a. Sin raíces reales, el signo es el de a en todo ℝ.

Por eso una inecuación cuadrática se resuelve factorizando, no despejando. x² − 6x + 5 > 0 no se resuelve "sacando raíz": se factoriza a (x−1)(x−5) > 0 y se aplica la regla de los signos.

Dónde aparece

Dos familias de problemas que se toman siempre:

En los dos casos, el vértice no es un dato más: es la respuesta. Y conviene siempre chequear que caiga dentro del dominio que tiene sentido en el problema.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Estudiar f(x) = x² − 6x + 5: vértice, raíces, imagen y conjuntos de positividad, y escribirla en las tres formas.

Vértice.

h = −b/(2a) = 6/2 = 3
k = f(3) = 9 − 18 + 5 = −4

El vértice es (3, −4). Como a = 1 > 0, es un mínimo.

Forma canónica, completando cuadrados:

x² − 6x + 5 = (x − 3)² − 9 + 5 = (x − 3)² − 4

El vértice se lee ahí mismo: (3, −4), igual que antes ✔ Dos caminos independientes que coinciden.

Raíces. Con Δ = 36 − 20 = 16 > 0 hay dos:

x = (6 ± 4)/2 ⟹ x₁ = 1, x₂ = 5

Control por el eje de simetría: el punto medio entre 1 y 5 es 3, que es exactamente h ✔

Forma factorizada.

f(x) = (x − 1)(x − 5)

Control del coeficiente a: f(0) tiene que dar 5 en las tres formas. Polinómica: 5 ✔ Canónica: 9 − 4 = 5 ✔ Factorizada: (−1)(−5) = 5 ✔

Imagen. Como abre hacia arriba y el mínimo es −4:

Im(f) = [−4, +∞)

Positividad y negatividad. Con a > 0, es negativa entre las raíces y positiva afuera:

C⁺ = (−∞, 1) ∪ (5, +∞)    C⁻ = (1, 5)

Control final con tres puntos de prueba, uno por región:

f(0) = 5 > 0 ✔   f(3) = −4 < 0 ✔   f(6) = 36 − 36 + 5 = 5 > 0 ✔

Y un control de simetría gratis: f(0) y f(6) tienen que dar lo mismo, porque 0 y 6 están a la misma distancia del eje x = 3. Dan 5 los dos ✔

Y uno del nivel del parcial

Hallar todos los valores de k para los que f(x) = x² − k·x + (k + 3) tiene una única raíz. Para el menor de esos k, escribir f en forma factorizada y canónica, dar el vértice y los conjuntos de positividad y negatividad.

«Una única raíz» es una condición sobre el discriminante, no sobre las raíces. Una cuadrática tiene una sola raíz —doble— exactamente cuando Δ = 0.

Δ = b² − 4·a·c = (−k)² − 4·1·(k + 3) = k² − 4k − 12

Se resuelve Δ = 0, que es otra cuadrática, ahora en k:

k² − 4k − 12 = 0
k = (4 ± √(16 + 48))/2 = (4 ± √64)/2 = (4 ± 8)/2
k = 6 o k = −2

Que haya dos valores de k no es contradictorio con que cada uno dé una sola raíz: son dos parábolas distintas, cada una apoyada en el eje x en un punto.

El menor es k = −2. Se reemplaza:

f(x) = x² + 2x + 1

Forma factorizada. Es un trinomio cuadrado perfecto:

f(x) = (x + 1)² → raíz doble en x = −1

Forma canónica. Es la misma expresión leída como a·(x − xv)² + yv:

f(x) = (x − (−1))² + 0 → vértice V = (−1 ; 0)

El vértice está sobre el eje x, que es justo lo que quiere decir tener una raíz doble. Control con la fórmula: xv = −b/2a = −2/2 = −1 ✓, y f(−1) = 0 ✓.

Los conjuntos de positividad y negatividad. Acá está la respuesta que casi nadie escribe bien. Un cuadrado nunca es negativo, y solo vale cero en un punto:

C⁺ = ℝ − {−1}
C⁰ = {−1}
C⁻ = ∅

El conjunto de negatividad es vacío, y eso hay que escribirlo, no dejarlo en blanco. Una parábola con raíz doble y ramas hacia arriba está toda por encima del eje salvo en el punto donde lo toca.

El otro valor, de yapa. Con k = 6 queda f(x) = x² − 6x + 9 = (x − 3)², vértice (3 ; 0), mismo análisis corrido tres unidades. Si el ejercicio hubiera pedido el mayor k, la respuesta era esa.

Dónde se pierde el punto: confundir «una única raíz» con «Δ > 0» o con «no tiene raíces». Δ > 0 son dos raíces distintas, Δ < 0 son ninguna, Δ = 0 es una sola.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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