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C.1 · Cálculo de una variable y aplicaciones

GRE Subject Test · GRE Mathematics · Tema 1

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Alcance y requisitos previos

Preparación de GRE para grado universitario. Objetivos locales dentro del alcance revisado de ETS; esto es enseñanza original, no una prueba oficial ni un predictor de puntuación.

Prerrequisitos: Álgebra exacta, trigonometría en radianes, funciones e desigualdades.

  • Usar límites, continuidad y diferenciabilidad
  • Aplicar derivadas, integrales y el teorema fundamental
  • Reconocer sumas de Riemann y distinguirlas de series infinitas

continuidad: Coincidencia del valor de una función con su límite.

convergencia: Aproximación a un valor límite finito.

Vocabulario Entrenar
English Español
continuity/kɒntɪˈnjuːɪti/ Continuidad
convergence/kənˈvɜːdʒəns/ Convergencia
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Elegir y justificar un método

Un límite describe valores cerca de un punto, sin requerir que la función esté definida allí. La continuidad añade el requisito de que el valor de la función existe y coincide con el límite. La cancelación algebraica es válida solo lejos del cero cancelado, pero puede revelar un límite evitable. Los límites laterales deben coincidir para un límite bilateral. Para límites de cociente, revise el denominador y las hipótesis antes de aplicar una regla; 0/0 es una forma indeterminada, no una respuesta.

Una derivada es un límite de cocientes diferenciales e implica continuidad; la implicación inversa no se cumple, como muestra |x| en cero. Las reglas del producto, cociente y cadena describen estructuras diferentes: la derivada de f(g(x)) es f′(g(x))g′(x), no el producto de valores no relacionados. Diferenciar una composición por segunda vez generalmente produce dos términos. Verifique los dominios, los denominadores distintos de cero y las suposiciones de diferenciabilidad antes de usar una expresión simbólica como derivada.

El teorema fundamental establece que la derivada de ∫ desde a hasta x de un integrando continuo f(t) es f(x). Con un límite superior variable h(x), multiplique por h′(x); con dos límites variables, restar la contribución correspondiente del límite inferior. Una integral definida también surge como un límite de sumas de Riemann. Reescriba la suma como (1/n)Σf(k/n) antes de identificar la integral en [0,1], en lugar de tratar los términos dependientes de n como constantes.

Por ejemplo, Σ desde k=1 hasta n de n/(n²+k²) es igual a (1/n)Σ1/(1+(k/n)²), tendiendo a ∫₀¹1/(1+t²)dt=π/4. Este límite usa la continuidad y el ancho de partición 1/n. Una serie sobre un número ilimitado de términos es un límite diferente: que los términos tiendan a cero no garantiza por sí solo la convergencia. Para Σ1/k, las sumas parciales divergen; compare, estime o aplique una prueba válida de series en lugar de usar la condición necesaria de término como suficiente.

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Razonamiento resuelto

Para F(x)=integral desde 0 hasta x² de e^t dt, el teorema fundamental y la regla de la cadena dan F′(x)=e^(x²)·2x. En x=1, F′(1)=2e. El límite superior es x², por lo que omitir 2x omite su tasa de cambio.

Gráfico de y = |x|, con pendiente −1 a la izquierda de 0 y pendiente +1 a la derecha
|x| es continua en 0, pero las pendientes laterales −1 y +1 difieren, por lo que no existe derivada
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Condiciones y contraejemplos

El cálculo de A-Level es material prerrequisito útil, pero no cubre el análisis y las aplicaciones universitarias evaluados aquí.

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Aplicación guiada

Sea $F(x)=\int_x^{x^2}(1+t^2)\,dt$. Calcule $F'(x)$ y $F'(2)$. Indique por qué se aplica el teorema.

Solución resuelta

El integrando es continuo en la recta real. El teorema fundamental y la regla de la cadena se aplican en ambos límites:

$$F'(x)=(1+x^4)2x-(1+x^2).$$
$$F'(2)=(1+2^4)\,2\cdot2-(1+2^2)=63.$$
Independientemente, una primitiva es $t+t^3/3$. Por lo tanto $F=x^2+x^6/3-x-x^3/3$, con la misma derivada.

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Transferencia independiente

Encuentre $\lim_{n\to\infty}\sum_{k=1}^n k/(n^2+k^2)$. Explique por qué este es un límite de sumas de Riemann. Luego decida si $\sum_{k=1}^{\infty}1/k$ converge.

Verificar después de intentar

Reescriba cada término como $\frac1n\frac{k/n}{1+(k/n)^2}$. La función continua $f(t)=t/(1+t^2)$ en $[0,1]$ y la malla $1/n$ dan

$$L=\int_0^1\frac{t}{1+t^2}\,dt=\frac12\ln2.$$
La serie armónica diverge: el bloque desde $2^{j-1}+1$ hasta $2^j$ contiene al menos $2^{j-1}$ términos mayores o iguales a $1/2^j$, por lo que cada bloque añade al menos $1/2$. Que los términos tiendan a cero es necesario pero insuficiente. El integrando de suma finita aquí depende del índice escalado; no es la serie armónica.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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