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Funciones algebraicas

Funciones polinómicas: grado, gráficas, derivadas e integrales

Funciones polinómicas: grado, término principal, comportamiento en los extremos, raíces y puntos de giro, y cómo derivar e integrar cualquier polinomio.

Funciones algebraicas Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

f(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0
Dominio
(-\infty, \infty)
Derivada
na_nx^{n-1} + (n-1)a_{n-1}x^{n-2} + \cdots + a_1
Integral
\frac{a_n}{n+1}x^{n+1} + \cdots + \frac{a_1}{2}x^2 + a_0x + C
Continuidad
Continua y derivable en todo punto
Raíces reales
Como máximo n
Puntos de giro
Como máximo n - 1
En esta página
  1. Definición y fórmula
  2. Gráfica de un polinomio
  3. Propiedades clave
  4. Derivada de un polinomio
  5. Integral de un polinomio
  6. Ejemplos resueltos
  7. Errores comunes
  8. Cómo se relaciona

Una función polinómica es una suma finita de funciones potencia con exponentes enteros no negativos, cada una multiplicada por una constante. Las rectas, las parábolas y las cúbicas son polinomios. Son las funciones más amigables del cálculo: continuas en todo punto, suaves en todo punto, y se derivan o integran término a término.

Definición y fórmula

f(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0, \qquad a_n \ne 0
  • El grado es n, la mayor potencia con coeficiente distinto de cero.
  • El término principal es a_nx^n y el coeficiente principal es a_n.
  • El término independiente a_0 es la ordenada al origen (el corte con el eje y).

Los exponentes deben ser enteros no negativos 0, 1, 2, \ldots. Así, x^3 - 2x es un polinomio, pero \sqrt{x}, \frac{1}{x} y 2^x no lo son.

Grado Nombre Ejemplo
0 constante 5
1 lineal 2x - 1
2 cuadrática x^2 + 3x
3 cúbica x^3 - 3x
4 cuártica x^4 - x^2

Gráfica de un polinomio

Gráfica del polinomio cúbico y = x³ - 3x y de su derivada
La cúbica tiene puntos de giro en x = -1 y x = 1, donde su derivada 3x^2 - 3 vale cero.

Propiedades clave

  • Continua y derivable en todo punto. Sin huecos, saltos, picos ni asíntotas, así que todo límite se calcula por sustitución directa.
  • El comportamiento en los extremos depende solo del término principal. Grado par con a_n > 0: ambos extremos hacia arriba. Grado impar con a_n > 0: hacia abajo a la izquierda, hacia arriba a la derecha. Un a_n negativo invierte la imagen.
  • Raíces. Un polinomio de grado n tiene como máximo n raíces reales. Un polinomio de grado impar siempre tiene al menos una, por el Teorema del Valor Intermedio.
  • Puntos de giro. Como máximo n - 1, porque f' tiene grado n - 1.

Derivada de un polinomio

Combina la regla de la potencia, la regla del múltiplo constante y la regla de la suma:

f'(x) = na_nx^{n-1} + (n-1)a_{n-1}x^{n-2} + \cdots + 2a_2x + a_1

El término independiente desaparece y el grado baja en uno. Derivar n + 1 veces da 0.

Integral de un polinomio

\int f(x)\,dx = \frac{a_n}{n+1}x^{n+1} + \cdots + \frac{a_1}{2}x^2 + a_0x + C

El grado sube en uno. Las integrales definidas de polinomios siempre son fáciles de evaluar con el Teorema Fundamental del Cálculo.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: derivada. \frac{d}{dx}\left(4x^5 - 2x^3 + 7x - 1\right) = 20x^4 - 6x^2 + 7.

Ejemplo 2: puntos de giro. Para f(x) = x^3 - 3x, f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x-1)(x+1), que se anula en x = \pm 1. Entonces f(-1) = 2 es un máximo local y f(1) = -2 es un mínimo local.

Ejemplo 3: integral. \int (6x^2 - 4x + 3)\,dx = 2x^3 - 2x^2 + 3x + C.

Ejemplo 4: integral definida. \int_0^2 (x^3 - x)\,dx = \left[\frac{x^4}{4} - \frac{x^2}{2}\right]_0^2 = (4 - 2) - 0 = 2.

Errores comunes

  1. Derivar un producto sin desarrollarlo ni usar la regla del producto. \frac{d}{dx}\left[(x^2 + 1)(x - 3)\right] no es 2x \cdot 1. Desarrolla primero o usa la regla del producto.
  2. Conservar el término independiente en una derivada. \frac{d}{dx}(x^2 + 5) = 2x, no 2x + 5.
  3. Olvidar el +\,C en las integrales indefinidas.
  4. Juzgar el comportamiento en los extremos por el primer término escrito. Usa el término de mayor grado, esté donde esté.

Cómo se relaciona

Al dividir dos polinomios se obtienen las funciones racionales. Los polinomios de Taylor aproximan otras funciones mediante polinomios, y las series de Taylor llevan esta idea a infinitos términos. Para las reglas detrás de cada paso, consulta las funciones potencia.

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la derivada de un polinomio?

Aplica la regla de la potencia a cada término y suma los resultados. Por ejemplo, \frac{d}{dx}(2x^3 - 5x^2 + x - 4) = 6x^2 - 10x + 1.

¿Cómo se integra un polinomio?

Usa la regla de la potencia inversa en cada término: suma uno al exponente y divide entre el nuevo exponente; después añade C. Por ejemplo, \int (3x^2 + 4x)\,dx = x^3 + 2x^2 + C.

¿Qué determina el comportamiento de un polinomio en los extremos?

Solo importa el término principal a_nx^n cuando x \to \pm\infty. Con grado par, ambos extremos van en la misma dirección; con grado impar, van en direcciones opuestas, y el signo de a_n decide cuál.

¿Los polinomios son siempre continuos?

Sí. Todo polinomio es continuo y derivable en cada número real, así que los límites de polinomios siempre se pueden calcular por sustitución directa.

¿Cuántos puntos de giro puede tener un polinomio?

Un polinomio de grado n tiene como máximo n - 1 puntos de giro, porque su derivada tiene grado n - 1 y, por tanto, como máximo n - 1 ceros.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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