7. Transformaciones de Funciones

Aprende a desplazar, reflejar y estirar funciones manipulando sus ecuaciones. La 'gramática' visual del cálculo.

Estudiar en la plataforma interactiva

La misma curva, movida

Esa fórmula no es una curva nueva: es la gráfica de 1Q\tfrac{1}{Q}, estirada y subida. Si conoces unas pocas funciones básicas y cuatro movimientos (subir, correr, voltear y estirar), lees fórmulas así de un vistazo, sin hacer una tabla de valores.

Primero mira el movimiento con una parábola. Después lo ponemos en palabras.

Momento animado

De y = x² a y = 2(x − 3)² − 1, sin tabla

-2246-22460xy
  • y=x2y = x^2
  • y = x²

Etapa 1 de 5 · La básica

Esta es y=x2y = x^2. Su vértice está en (0,0)(0, 0) y pasa por (1,1)(1, 1). La vamos a llevar hasta y=2(x−3)2−1y = 2(x-3)^2 - 1 sin hacer tabla.

Concepto Clave

"Lo que va afuera de f mueve la gráfica en vertical y hace lo que dice. Lo que va adentro, junto a la x, la mueve en horizontal y va al revés: f(x − 3) corre a la derecha."

Desplazamientos: arriba, abajo y la trampa lateral

f(x)+cf(x) + c (Vertical)

Es intuitivo. Lo que sumas afuera de la función afecta a la yy directamente.

  • x2+1x^2 + 1: Sube 1 unidad.
  • x2−5x^2 - 5: Baja 5 unidades.

f(x−c)f(x - c) (Horizontal)

¡Es contraintuitivo!

Lo que sumas/restas adentro del paréntesis mueve al revés de lo que esperas.

  • (x−3)2(x - 3)^2: Mueve a la DERECHA 3.
  • (x+2)2(x + 2)^2: Mueve a la IZQUIERDA 2.
¿Por qué al revés? Piénsalo así: Para que (x−3)2(x-3)^2 valga cero (el vértice), xx tiene que valer 3 positivo. Por eso el centro se movió al +3.

Ejercicios: Desplazamientos Rígidos

Ejercicio 1.1: Desplazamiento Rígido Combinado

Sin graficar, ¿qué combinación de desplazamientos transforma la gráfica de f(x)=∣x∣f(x) = |x| en g(x)=∣x+4∣−2g(x) = |x + 4| - 2?

Ejercicio 1.2 (Tipo PISA): Retraso Temporal

Un ingeniero modela la temperatura de un motor mediante T(t)T(t). Si decide encender el motor 2 horas más tarde, ¿cuál es la nueva función?

Deformaciones: espejos y elásticos

Ya sabemos mover la gráfica. Ahora vamos a cambiar su forma.

Reflejo Vertical: −f(x)-f(x)

Un signo negativo frente a toda la función voltea la gráfica respecto al eje X. Lo positivo se vuelve negativo.
Ejemplo: −x2-x^2 es una parábola que abre hacia abajo.

Estiramiento Vertical: c⋅f(x)c \cdot f(x)

Multiplicar por un número mayor a 1 (ej. 3x23x^2) hace que la función crezca más rápido. Se ve más alta y delgada.
Si multiplicas por un número pequeño (ej. 0,5x20{,}5x^2), se aplasta.

Ejercicios: Deformación y Escalamiento

Ejercicio 2.1: Escalamiento y Reflexión

Si la función f(x)f(x) pasa por el punto (2,10)(2, 10), ¿por qué punto pasa obligatoriamente g(x)=−3f(x)g(x) = -3f(x)?

Ejercicio 2.2 (Tipo PISA): Estiramiento Horizontal

Un puente parabólico sigue la ecuación y=x2y = x^2. Si se requiere rediseñarlo para que sea el doble de ancho manteniendo la misma altura, ¿cuál es la ecuación?

Concepto Clave

"Con varias a la vez, el punto (x, y) de f pasa a (x + h, a·y + k) en y = a·f(x − h) + k. Primero se estira y después se sube: al revés, el resultado cambia."

Paso a paso: una raíz volteada

Grafica y=−x+4+2y = -\sqrt{x + 4} + 2 a partir de y=xy = \sqrt{x}, y da su dominio y su rango. Sigue dos puntos de x\sqrt{x}: el inicial, (0,0)(0, 0), y (4,2)(4, 2).

  1. 1

    Lee la fórmula de adentro hacia afuera

    Adentro de la raíz está x + 4. Afuera hay un signo menos y un + 2.
    x→x+4→−x+4→−x+4+2\begin{gathered} \sqrt{x} \to \sqrt{x+4} \\ \to -\sqrt{x+4} \to -\sqrt{x+4}+2 \end{gathered}
  2. 2

    Adentro, + 4: se corre 4 a la izquierda

    La raíz empieza donde x + 4 = 0, en x = −4. Los puntos pasan a (−4, 0) y (0, 2).
  3. 3

    El menos de afuera la refleja respecto al eje x

    Cada altura cambia de signo: (−4, 0) se queda y (0, 2) pasa a (0, −2). Ahora la gráfica baja hacia la derecha.
  4. 4

    El + 2 de afuera la sube 2

    Los puntos llegan a (−4, 2) y (0, 0). Comprueba en la fórmula: −√(0 + 4) + 2 = −2 + 2 = 0.
  5. 5

    Dominio y rango

    La raíz pide x + 4 ≥ 0: el dominio es [−4, ∞). La raíz vale 0 o más; con el menos, 0 o menos; con el + 2, 2 o menos: el rango es (−∞, 2].
    Dom=[−4,∞)Rango=(−∞,2]\begin{gathered} \text{Dom} = [-4, \infty) \\ \text{Rango} = (-\infty, 2] \end{gathered}

Ejemplo de la sección 10.6 de «Matemáticas para un mundo sostenible». Compruébalo en el laboratorio: escoge y=xy = \sqrt{x} y pon a=−1a = -1, h=−4h = -4 y k=2k = 2.

Laboratorio

Mueve a, h y k

Escoge una función básica y cambia los tres números. La línea punteada es la básica; la azul, la transformada.

-6-4-2246-5-2,52,550xy(4, 1)
  • y=x2y = x^2
  • y = 2(x − 3)² − 1

El punto (1, 1) de la básica pasa a (4, 1): (x + h, a·y + k).

a = 2
h = 3
k = −1

La básica se estira por 2, se corre 3 a la derecha y baja 1.

Practica: puntos, raíces y costos

Ejercicio 3.1: Un punto que se encoge

El punto (2,5)(2, 5) está en la gráfica de y=f(x)y = f(x). ¿Qué punto está, con seguridad, en la gráfica de y=f(2x)y = f(2x)?

Ejercicio 3.2: La raíz corrida

¿Cuál es la ecuación de y=xy = \sqrt{x} corrida 3 unidades a la izquierda y 2 hacia abajo, y cuál es su dominio?

Ejercicio 3.3 (tipo Saber 11): El costo del relleno

La CRA fija el costo máximo por tonelada de un relleno sanitario con C(Q)=18 722+132 924 379QC(Q) = 18\,722 + \dfrac{132\,924\,379}{Q}, en pesos, donde QQ son las toneladas que recibe al mes. ¿Qué transformaciones de C=1QC = \tfrac{1}{Q} dan esa gráfica?