La factura de la luz tiene una esquina
En Colombia, la UPME fija el consumo de subsistencia de energía: 130 kWh al mes en los municipios que están a 1.000 m de altitud o más, y 173 kWh en los más bajos. El libro arma con ese límite una tarifa por bloques, con precios hipotéticos: los primeros 130 kWh a $500 cada uno y cada kWh adicional a $800.
El primer renglón vale hasta 130 kWh, y el segundo, de ahí en adelante. x en kWh al mes y C en pesos.
Los dos trozos se pegan sin salto: en 130 kWh los dos dan $65.000. Pero el precio de cada kWh adicional, que es la derivada C′(x), salta de $500 a $800. En 130 la gráfica tiene una esquina, y C′(130) no existe. Hay funciones aún más raras: sin salto y sin esquina a la vista, y aun así sin derivada.
Momento animado
La secante que no se decide
Una lupa se acerca al origen de y = x sin(1/x). Mira la secante que sale del origen: ¿se queda quieta? Dale «Reproducir» o arrastra el aumento.
- La curva, con f(0) = 0
- Las rectas y = x, y = −x
- Secante desde el origen
- El punto en x = h
Etapa 1 de 5 · Lupa ×1
La secante une el origen con el punto de la curva en x = h = 1. Su pendiente es f(h)/h = sin(1/h) = sin 1 ≈ 0,84.
Aumento de la lupa
×1,0
Pendiente de la secante
0,84
Tres maneras de quedarse sin derivada
La derivada es un límite. Si ese límite no da un solo número, no hay derivada:
Tiene que dar el mismo número con h > 0 y con h < 0.
- Salto. Si f no es continua en a, no hay derivada.
- Esquina. Las pendientes por la izquierda y por la derecha no coinciden, como en la tarifa (500 y 800) o en en 0 (−1 y 1).
- Oscilación. La pendiente de la secante no se queda quieta, como en en el momento animado.
Ser continua no basta para ser derivable. En el siglo XIX, Karl Weierstrass construyó una función continua en todos los puntos y sin derivada en ninguno: tiene picos a toda escala, como una sierra que nunca se alisa por mucho que se acerque la lupa.
En el laboratorio sueldas dos trozos: tienen que coincidir la altura y la pendiente.
Laboratorio
Soldador de funciones
Une la recta (derecha) con la parábola (izquierda) en , sin salto y sin esquina.
- , si
- , si
Altura en x = 1
1 y 1,5
Pendientes en x = 1
2 y 0,5
Discontinua: en x = 1 la parábola llega a 1 y la recta empieza en 1,5. Hay un salto de 0,5, y sin continuidad no hay derivada.
¿Es derivable la tarifa en 130 kWh?
- 1
Revisa que no haya salto
Por la izquierda, C(130) = 500 · 130 = 65.000. Por la derecha, el segundo trozo empieza en 65.000. Es continua. - 2
Pendiente por la izquierda (h < 0)
Con el primer trozo, C(130 + h) = 65.000 + 500h, así que C(130 + h) − C(130) = 500h. El cociente queda: - 3
Pendiente por la derecha (h > 0)
Con el segundo trozo, C(130 + h) = 65.000 + 800h, así que C(130 + h) − C(130) = 800h. El cociente queda: - 4
Compara
500 ≠ 800: el cociente no se acerca al mismo número por los dos lados. C′(130) no existe. Antes de 130, C′ = 500 pesos por kWh; después, 800.
Saltos, esquinas y oscilaciones
En cada caso, revisa primero que no haya salto y después compara las pendientes por los dos lados.
¿Es derivable en la función ?
Un programa modela el precio de una acción alrededor de una caída brusca con : baja hasta y después sube, en forma de V. El programa necesita la tasa de cambio instantánea . ¿Qué obtiene?