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Problemas de optimización

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Problemas de optimización

Metodología para problemas de optimización

  1. Identificar la magnitud a optimizar (área, volumen, coste, distancia...).
  2. Expresar dicha magnitud como función de una sola variable.
  3. Determinar el dominio de la función (restricciones físicas).
  4. Derivar e igualar a cero para encontrar puntos críticos.
  5. Verificar que se trata de un máximo o un mínimo (segunda derivada o estudio de la primera).
  6. Calcular el valor óptimo.
Ejemplo resuelto
Problema clásico: Hallar las dimensiones del rectángulo de área máxima inscrito en un semicírculo de radio R.

Sea x la mitad de la base y y la altura. El vértice superior está en el semicírculo: x2 + y2 = R2, luego y = (R2 - x2)1/2.

Área = 2x*y = 2x*(R2 - x2)1/2, con x en (0, R).

Derivamos (más fácil derivar A2 = 4x2*(R2-x2)):
(A2)' = 8x*(R2-x2) + 4x2*(-2x) = 8xR2 - 8x3 - 8x3 = 8x(R2 - 2x2)
Igualando a 0: x = R/21/2 = R*21/2/2.

y = (R2 - R2/2)1/2 = R/21/2 = R*21/2/2.

Dimensiones: base = 2x = R*21/2, altura = R*21/2/2. Área máxima = R2.
Ejemplo resuelto
Problema clásico EVAU: Se quiere construir una caja sin tapa con base cuadrada y volumen 32 cm3. Halla las dimensiones que minimizan la superficie.

Sea x el lado de la base y h la altura. V = x2*h = 32 => h = 32/x2.
Superficie = x2 + 4*x*h = x2 + 128/x, con x > 0.

S'(x) = 2x - 128/x2 = (2x3 - 128)/x2
S'(x) = 0 => x3 = 64 => x = 4 cm.
S''(x) = 2 + 256/x3. S''(4) = 2 + 4 = 6 > 0 => mínimo.

h = 32/16 = 2 cm. Dimensiones: 4x4x2 cm. Superficie mínima = 48 cm2.
Ejercicio tipo EVAU
Problema 1 (EVAU): De todos los triángulos rectángulos cuya hipotenusa mide 10 cm, halla aquel cuya área sea máxima.

Problema 2 (EVAU): Un cable de 100 m se corta en dos trozos. Con uno se forma un cuadrado y con el otro un círculo. Determina la longitud de cada trozo para que la suma de las áreas sea mínima.
✏️ Actividad de repaso

Repasa los conceptos principales de esta lección. Intenta explicar con tus propias palabras lo que has aprendido sobre Problemas de optimización.

  1. Lee de nuevo las secciones que no hayas entendido bien.
  2. Escribe un resumen de 3-5 líneas con las ideas principales.
  3. Si hay ejercicios, intenta resolverlos sin mirar las soluciones.
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