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Matemática (51) · Unidad 5 — Derivadas

Crecimiento, decrecimiento y extremos

El signo de la derivada decide si la función sube o baja, y los cambios de signo son los máximos y los mínimos. Todo el estudio de una función se reduce a armar bien un cuadro de signos de f ′.

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La explicación

Para qué sirve

Con la derivada se puede describir la forma de un gráfico sin hacer una tabla de valores: dónde sube, dónde baja y dónde están los picos. Es lo que se pide en media materia y la base de los problemas de optimización.

El criterio, en una línea

f ′(x) > 0 en un intervalo → f crece ahí
f ′(x) < 0 en un intervalo → f decrece ahí

No se mira el signo de f, se mira el signo de f ′. Una función puede ser toda negativa y estar creciendo todo el tiempo: son dos cosas distintas.

Puntos críticos

Un punto crítico es un x del dominio donde f ′(x) = 0 (o donde f ′ no existe). Son los únicos lugares donde la derivada puede cambiar de signo, y por eso son los candidatos a máximo o mínimo. Candidatos: no todos lo son.

El cuadro de signos, paso a paso

1. Calculá el dominio de f. Los puntos que no están en el dominio también parten la recta.
2. Derivá y factorizá f ′. Factorizada, el signo se lee sin hacer cuentas.
3. Resolvé f ′(x) = 0: esos son los puntos críticos.
4. Marcá en la recta los críticos y los puntos excluidos del dominio. Quedan varios intervalos.
5. En cada intervalo elegí un valor de prueba cómodo y evaluá el signo de f ′ ahí. Alcanza con el signo, no hace falta el número.
6. Escribí los intervalos de crecimiento y de decrecimiento.

El criterio de la primera derivada

Para clasificar cada punto crítico xc se mira cómo cambia el signo de f ′ al pasar por él:

de + a − → máximo local en xc
de − a + → mínimo local en xc
no cambia → no es extremo

La imagen que no falla: si venía subiendo y pasa a bajar, ahí hubo un pico.

Un punto crítico no siempre es un extremo

El caso típico es f ′(x) = 3(x − 2)²: se anula en x = 2, pero como es un cuadrado es positiva antes y después. La función tiene ahí la tangente horizontal y sigue subiendo igual: es un descanso, no un pico. Cada vez que un factor de f ′ aparece elevado a una potencia par, ese cero no cambia el signo.

Cuando te dan f ′ en lugar de f

Es un ejercicio muy tomado y parece raro, pero es más fácil: ya te ahorraron derivar. Se factoriza la f ′ que te dieron, se arma el cuadro de signos y se contesta sobre f. Lo único que no se puede contestar es cuánto vale f en el extremo: para eso haría falta conocer f.

El valor extremo

Si piden «los valores extremos», hay que dar f(xc), no xc. El máximo local es la altura; el x es dónde se alcanza. Conviene escribir las dos cosas: «máximo local en x = −1, donde f vale 10».

El control que conviene hacer siempre

Evaluá f a los dos lados del punto que clasificaste: si decís que en x = −1 hay un máximo, entonces f(−1) tiene que ser mayor que f(−1,1) y que f(−0,9). Es un control de dos cuentas que detecta al instante un signo mal leído en el cuadro.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Sea f(x) = x^3 - 3x^2 - 9x + 5. Hallar los intervalos de crecimiento y decrecimiento, los extremos locales y los valores extremos.

Planteo: el dominio es todo ℝ (es un polinomio), así que lo único que parte la recta son los puntos críticos.

Derivo y factorizo. Factorizar no es un adorno: es lo que permite leer el signo sin calcular.

f ′(x) = 3x² − 6x − 9 = 3(x² − 2x − 3) = 3(x − 3)(x + 1)

Puntos críticos: x = −1 y x = 3.

Cuadro de signos con un valor de prueba por intervalo:

en x = −2: 3(−5)(−1) = +15 → f ′ > 0
en x = 0: 3(−3)(1) = −9 → f ′ < 0
en x = 4: 3(1)(5) = +15 → f ′ > 0

Conclusión sobre el crecimiento:

crece en (−∞, −1) ∪ (3, +∞)
decrece en (−1, 3)

Clasificación: en x = −1 la derivada pasa de + a −, así que hay máximo local. En x = 3 pasa de − a +: mínimo local.

Los valores extremos (que es lo que se pide cuando dicen «valores»):

f(−1) = −1 − 3 + 9 + 5 = 10
f(3) = 27 − 27 − 27 + 5 = −22

Control a los dos lados: f(−1,1) = 9,939 y f(−0,9) = 9,941, los dos menores que 10 ✔ Y f(2,9) = −21,941 y f(3,1) = −21,939, los dos mayores que −22 ✔

Dónde se pierde el punto: decir «máximo en 10» y «mínimo en −22». El máximo se alcanza en x = −1 y vale 10: son dos números distintos y hay que decir cuál es cuál.

Y uno del nivel del parcial

Sea f una función derivable en todo R cuya derivada es f'(x) = 2x^3 - 2x^2 - 12x. Hallar los intervalos de crecimiento y decrecimiento de f y clasificar sus extremos locales.

Planteo: acá no dan f sino f ′, y eso es una ventaja: el trabajo de derivar ya está hecho. Todo lo que hay que hacer es estudiar el signo de lo que dan.

Factorizo la derivada. Primero saco factor común y después factorizo la cuadrática que queda:

f ′(x) = 2x(x² − x − 6) = 2x(x − 3)(x + 2)

Puntos críticos: x = −2, x = 0 y x = 3. Tres ceros parten la recta en cuatro intervalos.

Cuadro de signos, con un valor de prueba en cada uno. Conviene contar los factores negativos: si son impares, el producto es negativo.

x = −3: 2(−3)(−6)(−1) = −36 → −
x = −1: 2(−1)(−4)(1) = +8 → +
x = 1: 2(1)(−2)(3) = −12 → −
x = 4: 2(4)(1)(6) = +48 → +

Crecimiento de f:

decrece en (−∞, −2) ∪ (0, 3)
crece en (−2, 0) ∪ (3, +∞)

Clasificación, leyendo los cambios de signo de izquierda a derecha:

en x = −2: de − a + → mínimo local
en x = 0: de + a − → máximo local
en x = 3: de − a + → mínimo local

Qué NO se puede contestar: cuánto valen esos extremos. Para eso haría falta conocer f, y de f sólo sabemos su derivada; hay infinitas funciones con esta misma f ′, todas iguales salvo una constante que las sube o las baja.

Control: los signos tienen que alternar en cada cero simple, y acá alternan −, +, −, + ✔ Si dos intervalos consecutivos te dieran el mismo signo con un cero simple en el medio, hay un error de cuenta.

Dónde se pierde el punto: olvidarse del cero que viene del factor común (el x = 0). Sacar factor común 2x y después perder de vista que el 2x también se anula es el descuido más frecuente del ejercicio.

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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