La boya que sube y baja
Una boya sube y baja con las olas. Si su altura sobre el nivel medio es metros (modelo hipotético del libro: una ola cada 8 segundos), ¿cuándo se mueve más rápido? ¿En la cresta o a mitad de camino?
La velocidad es la derivada de la altura, y la altura es un seno. Para responder hay que saber cómo cambia el seno en cada punto. El momento animado lo muestra pendiente por pendiente.
Momento animado
Las pendientes del seno
Arriba, la tangente recorre y = sin x. Abajo, cada pendiente se vuelve un punto. Dale «Reproducir» o arrastra x.
- Tangente en x
- Subida con avance 1 = pendiente = altura de abajo
Etapa 1 de 5 · x = 0
En x = 0 el seno sube con pendiente 1: con avance 1, la tangente sube 1. Abajo, el punto rojo queda a altura 1, que es cos 0.
x
0,00
Pendiente f′(x)
1,00
El seno se deriva en coseno
Lo que dibujaron las pendientes se demuestra con la fórmula del seno de una suma y los dos límites del capítulo de límites:
Con la regla de la cadena: (sin u)′ = cos u · u′ y (cos u)′ = −sin u · u′.
Las fórmulas valen con x en radianes. En grados aparecería un factor en cada derivada. Al derivar varias veces, el ciclo se repite cada cuatro pasos: sin → cos → −sin → −cos → sin. Explóralo en la rueda.
La brújula cíclica del seno y el coseno
Escoge una función de la rueda. Su derivada es la siguiente, y va punteada en la gráfica.
━ · ┅ su derivada · ━ tangente
La tangente sale con la regla del cociente, , y de ahí las demás:
Las que empiezan por «co» (coseno, cotangente, cosecante) llevan signo menos.
Una recta tangente
Deriva y halla su tangente en x = 0.
- 1
Deriva término a término
- 2
El punto de tangencia
- 3
La pendiente en x = 0
- 4
La tangente
Pasa por (0, −2) con pendiente 3.
Con la boya de la apertura: . La mayor rapidez, m/s, es al pasar por el nivel medio. En la cresta (t = 2) la velocidad es 0, como en la cima del momento animado.
Seno, coseno y sus pendientes
Las seis preguntas salen de la sección 16.3 del libro «Matemáticas para un mundo sostenible». Los tres últimos ejercicios son de respuesta abierta.
Calcula la derivada de orden 100 de la función seno: .
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1. Las derivadas de tienen periodo 4: .
2. Dividimos el orden entre 4: con residuo .
3. Un residuo de 0 significa que se completaron 25 ciclos completos y regresamos al inicio: .
Calcula la derivada de aplicando la Regla del Producto.
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1. Derivada del primero:
2. Derivada del segundo:
3. Regla del producto:
El Haz Giratorio del Faro
Un faro marino costero emite un haz de luz sobre una pared rectilínea a 1 km de distancia. La posición del punto luminoso es . ¿Cuál es la tasa de cambio de la posición del haz cuando el ángulo es (apuntando perpendicularmente a la costa)?
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1. Derivada:
2. Evaluamos en : km por radián.