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43-50 Dibuje un mapa de contorno de la función mostrando vatimy curvas de nivel. \( \begin{array}{ll}\text { 43. } f(x, y)=(y-2 x)^{2} & \text { 44. } f(x, y)=x^{3}-y \\ \text { 45. } f(x, y)=\sqrt{x}+y & \text { 46. } f(x, y)=\ln \left(x^{2}+4 y^{2}\right) \\ \text { 47. } f(x, y)=y e^{x} & \text { 48. } f(x, y)=y \sec x\end{array} \)

Ask by Pierce Moran. in Mexico
Mar 11,2025

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Answer

Para cada función, igualamos a una constante \( c \) y resolvemos para \( y \) en términos de \( x \). Las curvas de nivel son: 1. **43.** \( y = 2x \pm \sqrt{c} \) (líneas paralelas) 2. **44.** \( y = x^3 - c \) (traslaciones de la curva \( y = x^3 \)) 3. **45.** \( y = c - \sqrt{x} \) (traslaciones de la función \( \sqrt{x} \)) 4. **46.** \( x^2 + 4y^2 = c \) (elipses centradas en el origen) 5. **47.** \( y = c e^{-x} \) (funciones exponenciales) 6. **48.** \( y = c \cos x \) (funciones coseno moduladas) Estas ecuaciones representan las curvas de nivel para cada función, permitiendo dibujar el mapa de contorno.

Solution

\[ \textbf{43. } f(x,y) = (y-2x)^2 \] Para obtener las curvas de nivel, igualamos la función a una constante \( c \): \[ (y-2x)^2 = c \] - Si \( c = 0 \), se cumple: \[ y-2x = 0 \quad \Longrightarrow \quad y=2x. \] - Si \( c > 0 \), se tiene: \[ y-2x = \sqrt{c} \quad \text{o} \quad y-2x=-\sqrt{c}, \] de donde obtenemos: \[ y = 2x \pm \sqrt{c}. \] Por tanto, cada curva de nivel corresponde a dos líneas paralelas (simétricas respecto a \( y=2x \)). --- \[ \textbf{44. } f(x,y)=x^3-y \] Establecemos la ecuación de nivel: \[ x^3-y=c \quad \Longrightarrow \quad y=x^3-c. \] Cada valor constante \( c \) desplaza verticalmente la gráfica de la función \( y=x^3 \). Las curvas de nivel son, en esencia, la misma curva cúbica trasladada según \( c \). --- \[ \textbf{45. } f(x,y)=\sqrt{x}+y \] Igualamos a \( c \): \[ \sqrt{x}+y=c \quad \Longrightarrow \quad y=c-\sqrt{x}. \] Recordemos que \(\sqrt{x}\) está definida para \( x\ge 0 \). Cada curva de nivel es la gráfica de la función \( y=c-\sqrt{x} \), que corresponde a la traslación vertical hacia abajo de la función \(\sqrt{x}\) invertida. --- \[ \textbf{46. } f(x,y)=\ln\left(x^2+4y^2\right) \] Para las curvas de nivel, tenemos: \[ \ln\left(x^2+4y^2\right)=c. \] Aplicamos la exponencial a ambos lados: \[ x^2+4y^2=e^c. \] Si definimos \( a=e^c \) (con \( a>0 \)), obtenemos: \[ x^2+4y^2=a. \] Esta ecuación representa una elipse centrada en el origen. Para verlo de forma estándar, dividimos ambos lados: \[ \frac{x^2}{a}+\frac{y^2}{a/4}=1. \] Cada valor de \( c \) (o equivalentemente de \( a \)) genera una elipse de distinto tamaño, pero con misma forma. --- \[ \textbf{47. } f(x,y)=y e^x \] Para las curvas de nivel se impone: \[ y e^x=c \quad \Longrightarrow \quad y=c\,e^{-x}. \] Cada valor constante \( c \) genera una curva exponencial, la cual decrece o crece dependiendo del signo de \( c \). Por ejemplo, para \( c>0 \) se tiene una función exponencial decreciente en \( y \) conforme \( x \) aumenta, y para \( c<0 \) la gráfica es la imagen reflejada respecto del eje \( x \). --- \[ \textbf{48. } f(x,y)=y \sec x \] Igualamos a \( c \): \[ y\sec x=c \quad \Longrightarrow \quad y=c\cos x. \] Las curvas de nivel son de la forma: \[ y=c \cos x, \] las cuales son funciones periódicas en \( x \) moduladas por el valor constante \( c \). El patrón es similar a la gráfica del coseno escalada verticalmente por \( c \). --- Estos son los pasos para determinar las curvas de nivel de cada una de las funciones planteadas y por ende para dibujar sus mapas de contorno.

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Diseñar un mapa de contorno para funciones es como crear una obra de arte matemática. En términos sencillos, trazas las "curvas de nivel" de una función, que son las líneas donde la función tiene el mismo valor. Por ejemplo, para la función \( f(x, y)=(y-2x)^{2} \), al fijar diferentes valores para \( k \) (donode \( f(x, y) = k \)), puedes encontrar las líneas que describen cómo se comporta la función en el plano \(xy\) y dibujar esas intersecciones en un gráfico. Para una aplicación práctica, podrías usar software como MATLAB o Python con matriz NumPy y Matplotlib, donde solo necesitas ingresar tu función y los valores que deseas explorar. Al crear los contornos, puedes observar cómo los cambios en \( x \) y \( y \) afectan el valor de la función, lo que puede ser útil en campos como la física o la ingeniería para visualizar potenciales o campos eléctricos. ¡Es como llevar el mapa de la función a una aventura en el mundo real!

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