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Funciones especiales y por partes

Funciones piso y techo: gráficas, límites, derivada e integral

La función piso ⌊x⌋ (parte entera) y la función techo ⌈x⌉: definiciones, gráficas escalonadas, límites laterales, continuidad, derivada y cómo integrarlas.

Funciones especiales y por partes Actualizado 4 min de lectura

De un vistazo

\lfloor x \rfloor = \max\{n \in \mathbb{Z} : n \le x\}, \quad \lceil x \rceil = \min\{n \in \mathbb{Z} : n \ge x\}
Dominio
(-\infty, \infty)
Rango
Los enteros \mathbb{Z}
Derivada
\frac{d}{dx}\lfloor x \rfloor = 0 \ \ (x \notin \mathbb{Z})
Integral
\int_0^x \lfloor t \rfloor\,dt = \lfloor x \rfloor x - \frac{\lfloor x \rfloor(\lfloor x \rfloor + 1)}{2}
Discontinuidades
Un salto de tamaño 1 en cada entero
Relación
\lceil x \rceil = -\lfloor -x \rfloor
En esta página
  1. Definiciones
  2. Gráfica de la función piso
  3. Gráfica de la función techo
  4. Propiedades clave
  5. Límites y continuidad
  6. Derivada de la función piso
  7. Integral de la función piso
  8. Errores comunes
  9. Dónde las verás

La función piso \lfloor x\rfloor redondea un número hacia abajo al entero más cercano, y la función techo \lceil x\rceil lo redondea hacia arriba. Sus gráficas parecen escaleras, lo que las convierte en los ejemplos clásicos de funciones definidas por partes con discontinuidades de salto. La función piso también se llama función parte entera (o mayor entero) y a veces se escribe [x] o \operatorname{int}(x).

Definiciones

\lfloor x\rfloor = \text{the largest integer } n \text{ with } n \le x, \qquad \lceil x\rceil = \text{the smallest integer } n \text{ with } n \ge x

Es decir, el piso es el mayor entero que no supera al número, y el techo es el menor entero que no queda por debajo de él.

x 2.7 2 0.4 -0.4 -2.7
\lfloor x\rfloor 2 2 0 -1 -3
\lceil x\rceil 3 2 1 0 -2

Cuidado con los números negativos: redondear -2.7 hacia abajo lo lleva a -3, no a -2.

Gráfica de la función piso

Gráfica de la función piso y = ⌊x⌋ de x = −1 a x = 3
Cada escalón incluye su extremo izquierdo (punto relleno) y excluye su extremo derecho (punto hueco), porque \lfloor n\rfloor = n en cada entero n.

Gráfica de la función techo

Gráfica de la función techo y = ⌈x⌉ de x = −1 a x = 3
Los escalones de la función techo están cerrados a la derecha y abiertos a la izquierda, al revés que en la función piso.

Propiedades clave

  • Rango. Ambas funciones solo devuelven enteros.
  • Cotas. x - 1 < \lfloor x\rfloor \le x \le \lceil x\rceil < x + 1.
  • Los enteros quedan fijos. \lfloor n\rfloor = \lceil n\rceil = n para cualquier entero n.
  • Desplazar por un entero. \lfloor x + n\rfloor = \lfloor x\rfloor + n para cualquier entero n.
  • Piso y techo están relacionados. \lceil x\rceil = -\lfloor -x\rfloor, y para un x no entero, \lceil x\rceil = \lfloor x\rfloor + 1.

Límites y continuidad

Entre enteros la función piso es constante, así que es continua allí. En un entero n los límites laterales no coinciden:

\lim_{x\to n^-}\lfloor x\rfloor = n - 1, \qquad \lim_{x\to n^+}\lfloor x\rfloor = n

Por tanto, \lim_{x\to n}\lfloor x\rfloor no existe y hay un salto de tamaño 1. Como el límite por la derecha es igual a \lfloor n\rfloor, la función piso es continua por la derecha. La función techo es al revés: \lim_{x\to n^-}\lceil x\rceil = n y \lim_{x\to n^+}\lceil x\rceil = n + 1, así que es continua por la izquierda. Para las definiciones formales, consulta la guía de continuidad.

Ejemplo: un límite en el infinito. Calcula \lim_{x\to\infty}\frac{\lfloor x\rfloor}{x}. Para x > 0, al dividir x - 1 < \lfloor x\rfloor \le x entre x se obtiene 1 - \frac{1}{x} < \frac{\lfloor x\rfloor}{x} \le 1. Ambas cotas tienden a 1, así que por el Teorema del Sándwich el límite es 1.

Derivada de la función piso

\frac{d}{dx}\lfloor x\rfloor = 0 \quad \text{for } x \notin \mathbb{Z}

En cada intervalo abierto (n, n+1) la función es la constante n, cuya derivada es 0. En un entero la función no es continua, así que no es derivable. Lo mismo ocurre con la función techo.

Integral de la función piso

Cada intervalo unidad [k, k+1] aporta un rectángulo de altura k y base 1, así que basta sumar áreas de rectángulos, como en una suma de Riemann que resulta ser exacta. Para x \ge 0:

\int_0^x\lfloor t\rfloor\,dt = (0 + 1 + \cdots + (n - 1)) + n(x - n) = nx - \frac{n(n+1)}{2}, \qquad n = \lfloor x\rfloor

La misma fórmula también vale para x negativo.

Ejemplo. \int_0^{3.5}\lfloor t\rfloor\,dt = 0 + 1 + 2 + 3(0.5) = 4.5. La fórmula coincide: 3(3.5) - \frac{3\cdot 4}{2} = 10.5 - 6 = 4.5.

Ejemplo con techo. \int_0^3\lceil t\rceil\,dt = 1 + 2 + 3 = 6, ya que \lceil t\rceil vale 1 en (0, 1], 2 en (1, 2] y 3 en (2, 3]. Los puntos aislados no afectan a una integral.

Errores comunes

  1. Redondear los negativos hacia cero. \lfloor -1.2\rfloor = -2, no -1.
  2. Afirmar que el límite en un entero existe. Los límites por la izquierda y por la derecha difieren en 1.
  3. Poner el punto relleno en el extremo equivocado. Los escalones del piso están cerrados a la izquierda; los del techo, a la derecha.
  4. Derivar en un salto. La derivada es 0 solo entre enteros. En los enteros no existe.

Dónde las verás

Las funciones escalonadas modelan cualquier cosa que se cobre por unidades completas: el envío por cada fracción de peso, el estacionamiento por hora o los tramos de impuestos. En cálculo son los ejemplos de referencia para los límites laterales y para funciones integrables que no son continuas. Consulta la estrategia general en funciones definidas por partes y compárala con el pico de la función valor absoluto.

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Preguntas frecuentes

¿Qué es la función piso?

La función piso \lfloor x\rfloor, también llamada función parte entera, da el mayor entero menor o igual que x. Por ejemplo, \lfloor 2.7\rfloor = 2 y \lfloor -2.7\rfloor = -3.

¿Qué diferencia hay entre piso y techo?

El piso redondea hacia abajo y el techo hacia arriba. Coinciden en los enteros, y para un x no entero el techo es exactamente uno más que el piso.

¿La función piso es continua?

Es continua en todo número no entero y tiene una discontinuidad de salto en cada entero. Es continua por la derecha en todo punto: \lim_{x\to n^+}\lfloor x\rfloor = n = \lfloor n\rfloor.

¿Cuál es la derivada de la función piso?

Entre enteros la función piso es constante, así que su derivada es 0. En cada entero da un salto, por lo que no es derivable allí.

¿Cómo se integra la función piso?

Divide el intervalo en los enteros. En cada tramo la función es constante, así que cada tramo aporta un rectángulo, por ejemplo \int_0^3\lfloor x\rfloor\,dx = 0 + 1 + 2 = 3.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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