Ejercicios Resueltos de Funciones a Trozos Matemáticas 2 Bachillerato

Ejercicios de funciones definidas a trozos resueltos para 2º de Bachillerato: evaluar, escribir el valor absoluto como función a trozos, estudiar la continuidad y la derivabilidad en los puntos de unión, calcular parámetros y representar. Las funciones se escriben así: f(x) = { expresión si condición ; expresión si condición }.

Ejercicios de funciones a trozos para 2º de Bachillerato con soluciones

1. Evaluar y escribir funciones a trozos

Para calcular f(a) se mira primero en qué trozo está a y se usa solo esa expresión.

1Dada f(x) = { x + 1 si x < 0 ; x² si 0 ≤ x ≤ 2 ; 4 si x > 2 }, calcula f(−3), f(0), f(2) y f(5).

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f(−3): −3 < 0 → primer trozo: −3 + 1 = −2.
f(0): 0 está en 0 ≤ x ≤ 2 → 0² = 0.
f(2): segundo trozo → 2² = 4.
f(5): 5 > 2 → 4.

2Escribe f(x) = |x − 3| como función a trozos.

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El valor absoluto cambia de expresión donde lo de dentro se anula: x = 3.
Si x ≥ 3, x − 3 ≥ 0 y queda igual; si x < 3, se cambia de signo.
f(x) = { 3 − x si x < 3 ; x − 3 si x ≥ 3 }.

3Escribe g(x) = |x² − 4| como función a trozos.

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x² − 4 = 0 en x = −2 y x = 2. Es negativo entre −2 y 2 y positivo fuera.
g(x) = { x² − 4 si x ≤ −2 ; 4 − x² si −2 < x < 2 ; x² − 4 si x ≥ 2 }.


4Un taxi cobra 3 € de bajada de bandera, 1,20 € por km en los primeros 10 km y 1 € por km a partir de ahí. Escribe el precio C(x) en función de los km y calcula el de un viaje de 25 km.

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Hasta 10 km: C(x) = 3 + 1,2x. A los 10 km se han pagado 3 + 12 = 15 €, y después se suma 1 € por km:
C(x) = { 3 + 1,2x si 0 ≤ x ≤ 10 ; 15 + (x − 10) si x > 10 }.
C(25) = 15 + 15 = 30 €. La función es continua en 10 (los dos trozos dan 15): el precio no da saltos.

2. Continuidad en los puntos de unión

Dentro de cada trozo la función suele ser continua; hay que estudiar los puntos de unión: existe f(a), los dos límites laterales coinciden y valen f(a).

5Estudia la continuidad de la función del ejercicio 1: f(x) = { x + 1 si x < 0 ; x² si 0 ≤ x ≤ 2 ; 4 si x > 2 }.

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En x = 0: lim0− (x + 1) = 1; lim0+ x² = 0. No coinciden: discontinuidad de salto finito (salto de 1).
En x = 2: lim2− x² = 4; lim2+ 4 = 4; f(2) = 4 → continua.
Es continua en todo ℝ salvo en x = 0.

6Halla a para que f(x) = { ax − 1 si x ≤ 2 ; x² + a si x > 2 } sea continua.

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En x = 2: por la izquierda (y f(2)) 2a − 1; por la derecha 4 + a.
2a − 1 = 4 + a → a = 5. Comprobación: los dos lados valen 9.

3. Derivabilidad

Para que sea derivable en un punto de unión, primero tiene que ser continua, y además las derivadas laterales deben coincidir (sin «picos»).

7¿Es derivable f(x) = |x| en x = 0?

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f(x) = { −x si x < 0 ; x si x ≥ 0 }. Es continua en 0 (los dos lados valen 0).
Derivadas laterales: f’(0−) = −1 y f’(0+) = 1. No coinciden → no es derivable en 0: la gráfica tiene un pico.

8Estudia la derivabilidad de f(x) = { x² si x ≤ 1 ; 2x − 1 si x > 1 } y escribe f’(x).

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Continuidad en 1: 1² = 1 y 2·1 − 1 = 1 ✓.
Derivadas laterales: (x²)’ = 2x → 2; (2x − 1)’ = 2 → 2. Coinciden → derivable en 1, con f’(1) = 2.
f’(x) = { 2x si x ≤ 1 ; 2 si x > 1 }. La recta 2x − 1 es justo la tangente a la parábola en x = 1.

9Calcula los valores de a y b con los que la función f(x) = { ax² + 3 si x ≤ 1 ; bx + 1 si x > 1 } sea continua y derivable.

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Continuidad en 1: a + 3 = b + 1.
Derivabilidad en 1: 2a·1 = b → b = 2a.
Sustituyendo: a + 3 = 2a + 1 → a = 2, b = 4.
Comprobación: 2·1 + 3 = 5 = 4·1 + 1 ✓; derivadas 4x → 4 y 4 ✓.

4. Representación

10Describe la gráfica de f(x) = { −x si x < 0 ; x² si x ≥ 0 } y di si es continua y derivable en 0.

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Para x < 0 es una semirrecta que baja hacia el origen (pasa por (−2, 2) y (−1, 1)). Para x ≥ 0 es media parábola que sube desde (0, 0) (pasa por (1, 1) y (2, 4)).
Continua en 0 (los dos lados valen 0). Derivadas laterales: −1 y 0 → no derivable en 0 (hay un pico, aunque más suave que el de |x|).

Continuidad y derivabilidad: resumen

El método para cualquier función a trozos:

  • Dominio: une los intervalos de cada trozo (y quita los puntos donde la expresión de su trozo no exista).
  • Continuidad en el punto de unión a: lima− = lima+ = f(a).
  • Derivabilidad en a: continua y f’(a−) = f’(a+).
  • Si no es continua, no puede ser derivable. Si es continua pero las derivadas laterales no coinciden, hay un punto anguloso.
  • Con dos parámetros: una ecuación sale de la continuidad y otra de la derivabilidad.
El error más habitual. Estudiar la derivabilidad sin comprobar antes la continuidad. Una función con salto puede tener derivadas laterales iguales y, aun así, no ser derivable: la continuidad es condición necesaria.

Tipos de puntos de unión

Lo que puede pasar en el punto donde cambia la expresión.

Qué ocurre en un punto de unión

SituaciónLímites lateralesDerivadas lateralesEjemplo
Salto finitodistintos y finitos—x + 1 / x² en x = 0
Punto anguloso (pico)iguales a f(a)distintas|x| en x = 0
Unión suaveiguales a f(a)igualesx² / 2x − 1 en x = 1
Salto infinitoalguno es ±∞—1/x / x en x = 0

Dudas sobre funciones a trozos

¿Dónde pongo el «≤»: en un trozo o en el otro?

En uno solo: cada valor de x debe tener una única imagen. Si escribes ≤ 2 en un trozo y ≥ 2 en el siguiente, f(2) tendría dos valores (salvo que coincidan), y eso no es una función.

¿Una función a trozos es siempre discontinua?

No. Muchas son continuas e incluso derivables, como la tarifa del taxi o x² / 2x − 1 en x = 1. Que se defina «a trozos» solo significa que la fórmula cambia según el intervalo.

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