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Proyecto de Cálculo 1: Aplicaciones de Derivadas

Introducción

El objetivo de este proyecto es aplicar los conceptos aprendidos sobre derivadas en situaciones reales y problemas matemáticos relevantes. Los estudiantes trabajarán en parejas o tríadas para desarrollar soluciones creativas y bien fundamentadas a los problemas presentados a continuación. Este proyecto tiene como meta mejorar la comprensión de las aplicaciones de las derivadas y fomentar el trabajo en equipo.

Estructura del Proyecto

Cada grupo debe seleccionar uno de los seis problemas que se presentarán a continuación. El trabajo debe incluir:

  1. Descripción del problema - Exposición del contexto y la importancia del problema.
  2. Resolución - Aplicación de técnicas de derivación para encontrar soluciones.
  3. Interpretación de resultados - Análisis de las soluciones encontradas y su relevancia práctica.
  4. Presentación - Una presentación de 10 minutos en la que se expliquen los hallazgos, tanto en formato oral como visual (diapositivas, gráficos, etc.).

Los grupos deberán entregar un informe escrito que contenga la resolución del problema, los cálculos realizados y la interpretación de los resultados. Este informe debe estar bien estructurado y utilizar notación matemática adecuada.

Problemas a Resolver

Problema 1: Maximización de Área

Un arquitecto desea diseñar un parque rectangular acotado por una pared. Si se dispone de 100 metros de valla, determine las dimensiones del parque que maximizarán el área. Utilice derivadas para encontrar el área máxima y asegúrese de incluir gráficos para visualizar su respuesta.

Problema 2: Minimizando Costos

Una empresa está buscando minimizar el costo de producción de una cierta cantidad de un producto. Si el costo total de producción se modela por la función (C(x) = 4x^2 + 100x + 300), donde (x) es la cantidad producida, use derivadas para determinar cuántas unidades deben producirse para minimizar los costos. Explique los resultados obtenidos.

Problema 3: Movimiento de un Objeto

Un objeto se mueve a lo largo de una línea recta y su posición está dada por la función (s(t) = t^3 - 6t^2 + 9t), donde (s) está en metros y (t) en segundos. Encuentre la velocidad y la aceleración en función del tiempo, e identifique el instante en que el objeto cambia de dirección.

Problema 4: Velocidad de Crecimiento

Una población de bacterias se describe mediante la función (P(t) = P_0 e^{rt}), donde (P_0) es la población inicial y (r) es la tasa de crecimiento. Si se tiene (P_0 = 500) y (r = 0.03), utilice derivadas para determinar el tiempo en el que la población crecerá más rápidamente.

Problema 5: Problema de Economía

Un economista estudia una función de ingresos dada por (R(x) = 20x - 0.5x^2), donde (x) representa la cantidad vendida. Use derivadas para encontrar el número de unidades que maximizarán los ingresos y discuta qué significa esto en el contexto de la economía.

Problema 6: Conocimientos de Física

Una pelota es lanzada al aire, y su altura en función del tiempo está dada por la ecuación (h(t) = -4.9t^2 + 20t + 5). Determine la altura máxima alcanzada por la pelota usando derivadas, y calcule el tiempo que tarda en alcanzar esta altura.

Entrega y Evaluación

Cada grupo debe entregar el informe escrito y las presentaciones antes de la fecha límite establecida. La evaluación se basará en la claridad de la presentación, la precisión de los cálculos, la profundidad del análisis y la calidad del informe escrito.

Conclusión

Este proyecto no solo proporcionará experiencia práctica en el cálculo de derivadas, sino que también fomentará la colaboración entre los estudiantes y les permitirá aplicar conceptos matemáticos a situaciones del mundo real. ¡Buena suerte!