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Estudio de Funciones

El concepto fundamental, Variables y Evaluación

✔ Análisis Matemático

¿Qué es una función?

Según el libro de Stewart, una función $f$ es una regla que asigna a cada elemento $x$ de un conjunto $A$ exactamente un elemento, llamado $f(x)$, de un conjunto $B$.

Podemos imaginar una función como una máquina. Si entra un valor $x$ (la entrada) en la máquina, ésta realiza una operación matemática y devuelve un único resultado $f(x)$ (la salida).

  • Entrada ($x$): Variable independiente.
  • Regla $f$: La operación que hace la máquina.
  • Salida $f(x)$: Variable dependiente.

La Máquina de Funciones interactiva

Nuestra regla actual es: $f(x) = x^2 + 1$.
(Es decir, la máquina toma el número, lo eleva al cuadrado y le suma 1). ¡Pruébala!

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Ejemplo 1: Evaluación de una función

Enunciado

Dada la función $$f(x) = 2x^2 + 3x - 1$$ evalúe los siguientes valores:

  1. $f(3)$
  2. $f(-2)$
  3. $f(a)$

(a) Para evaluar $f(3)$, sustituimos $x$ por $3$ en la regla de la función:

$$f(3) = 2(3)^2 + 3(3) - 1$$ $$f(3) = 2(9) + 9 - 1$$ $$f(3) = 18 + 9 - 1 = 26$$

(b) Para evaluar $f(-2)$, sustituimos $x$ por $-2$:

$$f(-2) = 2(-2)^2 + 3(-2) - 1$$ $$f(-2) = 2(4) - 6 - 1$$ $$f(-2) = 8 - 6 - 1 = 1$$

(c) Las funciones no solo aceptan números, también pueden aceptar otras variables. Sustituimos $x$ por $a$:

$$f(a) = 2(a)^2 + 3(a) - 1$$ $$f(a) = 2a^2 + 3a - 1$$

Variables Dependientes e Independientes

Cuando usamos una función escrita como $y = f(x)$, estamos trabajando con dos tipos de variables. Como explica el libro de Precálculo de Stewart, el símbolo que representa un número arbitrario en el dominio de la función se llama variable independiente.

Variable Independiente ($x$)

Es la "entrada". Eres libre de elegir su valor, imaginando que controlas la máquina. En la notación $f(x)$, corresponde a la $x$.

Variable Dependiente ($y$ ó $f(x)$)

Es la "salida". Su valor depende estrictamente de la elección que hiciste para $x$. En la notación $y = f(x)$, corresponde a la $y$.

Ejemplo Práctico: El costo de las manzanas

Imagina que las manzanas cuestan $3 el kilo. La función del costo total es $C(x) = 3x$, donde $x$ son los kilos de manzanas. Mueve el deslizador y observa qué variable controlas y cuál reacciona automáticamente.

(Tú eliges los kilos: $x$) 1 kg
(La función calcula el Costo: $C(x)$)
$3.00

Dominio e Imagen

Toda función tiene límites sobre qué números puede aceptar y qué números puede devolver. Aquí entran dos conceptos clave:

  • El Dominio: Es el conjunto de todas las entradas posibles (valores de $x$) para las cuales la función está definida. Es como el "filtro" de la puerta de entrada de nuestra máquina.
  • La Imagen: Es el conjunto de todos los resultados posibles (valores de $f(x)$) que la máquina puede producir. (Nota: El libro de Stewart utiliza el término "Rango" para esto, pero en Argentina y otros países lo llamamos "Imagen").

Recurso Interactivo: El "Filtro" de la Función $f(x) = \sqrt{x}$

Intentemos calcular la raíz cuadrada de diferentes números. Mueve el deslizador desde números negativos hasta positivos. Observa qué pasa cuando $x$ no pertenece al Dominio.

-10 (Negativos) 0 10 (Positivos)
$x =$ 4
Análisis de Dominio
¡Aceptado!
$x \ge 0$
Resultado (Imagen)
2.00
Pertenece a la Imagen $[0, \infty)$

Ejercicios Propuestos

1-10 ■ Evalúe la función en los valores indicados.
1 \( f(x) = x^2 - 6 \)

\( f(-3), f(3), f(0), f\left(\frac{1}{2}\right), f(10) \)

2 \( f(x) = x^3 + 2x \)

\( f(-2), f(-1), f(0), f\left(\frac{1}{2}\right), f(2) \)

3 \( f(x) = 2x + 1 \)

\( f(1), f(-2), f\left(\frac{1}{2}\right), f(a), f(-a), f(a+b) \)

4 \( f(x) = x^2 + 2x \)

\( f(0), f(3), f(-3), f(a), f(-x), f\left(\frac{1}{a}\right) \)

5 \( h(t) = t + \frac{1}{t} \)

\( h(1), h(-1), h(2), h\left(\frac{1}{2}\right), h(x), h\left(\frac{1}{x}\right) \)

6 \( f(x) = \frac{1-2x}{3} \)

\( f(2), f(-2), f\left(\frac{1}{2}\right), f(a), f(-a), f(x-1) \)

7 \( g(x) = \frac{1-x}{1+x} \)

\( g(2), g(-2), g\left(\frac{1}{2}\right), g(a), g(a-1), g(-1) \)

8 \( h(t) = t + \sqrt{t} \)

\( h(4), h(16), h\left(\frac{1}{4}\right), h(x-1), h(x^2) \)

9 \( f(x) = 2x^2 + 3x - 4 \)

\( f(0), f(2), f(-2), f(\sqrt{2}), f(x+1), f(-x) \)

10 \( f(x) = x^3 - 4x^2 \)

\( f(0), f(1), f(-1), f\left(\frac{3}{2}\right), f\left(\frac{x}{2}\right), f(x^2) \)