Cálculo antes del álgebra

Tres ideas del cálculo, el límite, la derivada y la integral, para entenderlas primero mirando, moviendo y prediciendo, y recién después con fórmulas. El orden sugerido es Límites, Derivadas e Integrales.

Lengua natural: qué tan rápido cambiaGráfico: inclinaciónNumérico: Δy / Δx
Tus respuestas se guardan en este dispositivo.

¿A qué número se acercan los valores?

Acerca x a un punto, por la izquierda y por la derecha, sin llegar nunca a él. Observa hacia dónde van los valores de f(x) y qué pasa justo en el punto.

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Compara

x por la izquierda x por la derecha ○ Punto vacío: la función no está definida ahí
Distancia al puntof(x) por la izquierdaf(x) por la derecha

Leer límites en un gráfico

Cuatro gráficos que se parecen mucho, pero se comportan distinto en x = 2. Mueve x cerca de 2 por los dos lados y fíjate en los puntos vacíos y llenos.

Lee cada gráfico

Compara

○ Punto vacío: la función no toma ese valor ● Punto lleno: el valor que sí toma
x = 1
f(x) = 0

Cualquier curva suave, vista de cerca, parece una recta

Elige una curva y un punto P. Aumenta el zoom y observa qué le pasa a la forma de la curva. Luego acerca un segundo punto Q hacia P, por la derecha y por la izquierda: las pendientes de las secantes se acercan a un número. Igual que en la unidad de Límites, ese número es un límite.

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Compara

Secante con Q a la derecha Secante con Q a la izquierda Secantes anteriores (Δx de la tabla) Recta que aparece (tangente)
Secante por la izquierda: –
Secante por la derecha: 0
Ancho de la ventana: 4
Pendiente aparente: 0
Curvatura visible: 0 %
Distancia de Q a PΔy / Δx por la izquierdaΔy / Δx por la derecha

¿Dónde sube más rápido el agua?

Los recipientes se llenan con un caudal constante. Antes de llenar, dibuja con el dedo o el mouse cómo crees que sube la altura h a medida que pasa el tiempo t.

Cómo usar la actividad

  1. Elige un recipiente y dibuja tu predicción sobre el gráfico.
  2. Presiona “Llenar” y compara.
  3. Mueve el control de tiempo. La recta roja toca la curva en ese instante: su inclinación es la rapidez en cm/s.

Formulación: discute

Validación: comprueba

t = 0 s
h = 0 cm
Ancho a esa altura: 0 cm
Rapidez dh/dt: 0 cm/s
Tu predicción Llenado real Recta tangente (rapidez en ese instante)
Dibuja tu predicción sobre el gráfico de la derecha y luego presiona “Llenar”.

Dibuja f′ mirando solo la curva de f

No hace falta ninguna fórmula. Dibuja en el gráfico de abajo cómo es la inclinación de la curva de arriba.

Qué puedes leer en la curva de f

Mirando solo la curva de f se obtiene casi todo:

  • Dónde f′ vale cero: en las cimas y los valles de f.
  • El signo de f′: positivo donde f sube, negativo donde baja.
  • Dónde f′ crece o decrece: esta es la clave para la forma. Donde f se curva como una taza (cóncava hacia arriba), su inclinación va aumentando, así que f′ sube. Donde se curva como un gorro, la inclinación va disminuyendo, así que f′ baja.
  • Las cimas y los valles de f′: están donde f cambia de “taza” a “gorro”, en los puntos de inflección. Es donde f sube o baja más empinada en ese tramo.
  • El comportamiento en los bordes: si f se pone cada vez más empinada, f′ se aleja cada vez más del eje.

Para pensar

Curva de f

Tu dibujo de f′ (dibuja aquí).

Tu f′ Tangente y marcas f′ real f sube f baja
Dibuja f′ de izquierda a derecha cubriendo todo el intervalo.

El diferencial: aproximar con la tangente

Módulo opcional. Cerca de un punto, la curva casi no se separa de su recta tangente. Compara el cambio real sobre la curva (Δy) con el cambio sobre la tangente (dy) y úsalo para aproximar valores sin calculadora.

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Aplica

dy: cambio sobre la tangente Δy: cambio real sobre la curva Error: Δy − dy
dy = 0
Δy = 0
Error = 0
Error ÷ dx = 0
dx = ΔxΔy (curva)dy (tangente)Error

¿Cuántos metros avanzó el ciclista?

El gráfico muestra la velocidad de un ciclista durante 10 segundos: parte lento y va acelerando. Con rectángulos puedes calcular cuánto avanzó. Antes, haz tu propia estimación.

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Concluye

Ancho de cada rectángulo: 10 s
Suma de rectángulos: – m
Tu estimación: – m
RectángulosPor la izquierda (bajo)Por la derecha (sobre)Punto medioTrapecios
Escribe cuántos metros crees que avanzó el ciclista y presiona “Guardar estimación”.

El estanque: de la rapidez a lo acumulado

Un estanque parte con 2 litros. A diferencia de los recipientes, aquí el caudal cambia: al comienzo la llave está abierta al máximo (entran 3 L/min) y alguien la va cerrando poco a poco. En el minuto 5 queda cerrada, y desde ahí se abre el desagüe cada vez más. El gráfico del caudal muestra cuántos litros por minuto entran (positivo) o salen (negativo). ¿Cuánta agua habrá en cada momento?

Observa

Descubre

Antes de llenar: ¿cuál de estos gráficos crees que muestra cuánta agua hay en el estanque? Toca uno.

Caudal (L/min): el área sombreada es lo acumulado hasta ahora

Agua en el estanque (L)

t = 0 min
Agua: 2 L
Área acumulada: 0 L
Caudal en este instante: 3 L/min
Inclinación de la curva del agua: – L/min
Área que suma (entra agua) Área que resta (sale agua) Recta tangente a la curva del agua Lupa: área exacta y subida real del agua Lupa: aproximación con el caudal inicial (subida por la tangente)
Elige tu predicción y luego presiona “Llenar”.

La altura justa

Módulo opcional. Con un solo rectángulo, ¿a qué altura tendrías que ponerlo para que su área sea exactamente la distancia real? Mueve la altura hasta que lo que sobra sobre la curva compense lo que falta bajo ella.

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Compara

Lo que sobra (rectángulo sobre la curva) Lo que falta (curva sobre el rectángulo)
Área del rectángulo: 20 m
Distancia real: 40 m
Lo que sobra: 0 m
Lo que falta: 0 m
Sube o baja la altura del rectángulo y observa lo que sobra y lo que falta.

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