Análisis del valor absoluto de a en la abertura o escala vertical de la gráfica

M2 — PAES electiva Media

Resumen inicial

El análisis del valor absoluto $|a|$ en la función potencia $f(x) = a \cdot x^n$ describe la escala o abertura vertical: valores $|a| > 1$ dilatan verticalmente la curva cerrando las ramas hacia el eje $Y$, mientras que $0 < |a| < 1$ contraen verticalmente la curva ensanchando su abertura.

Explicación en palabras simples

El análisis del valor absoluto $|a|$ en la función potencia $f(x) = a \cdot x^n$ describe la escala o abertura vertical: valores $|a| > 1$ dilatan verticalmente la curva cerrando las ramas hacia el eje $Y$, mientras que $0 < |a| < 1$ contraen verticalmente la curva ensanchando su abertura

El tamaño numérico de $a$ (sin importar el signo, es decir, el valor absoluto $|a|$) controla qué tan cerrada o abierta está la gráfica:

  • Si $|a| > 1$ (Número grande: $2, 5, 10, -8$):
  • La función crece con mucha fuerza hacia arriba o hacia abajo.
  • La gráfica se estira verticalmente y se vuelve MÁS ESTRECHA / CERRADA (se pega al eje $Y$).
  • Si $0 < |a| < 1$ (Fracción pequeña: $1/2, 0,1, 1/4$):
  • La función crece más lentamente.
  • La gráfica se aplasta verticalmente y se vuelve MÁS ANCHA / ABIERTA (se aleja del eje $Y$).
  • ¡Truco clave! En funciones negativas compara el valor absoluto: $y = -10x^2$ es mucho más estrecha que $y = -0,5x^2$ porque $|-10| = 10 > |-0,5| = 0,5$.

Explicación formal

Sea $f(x) = a \cdot x^n$ y $g(x) = x^n$. La derivada primera es $f'(x) = a \cdot n x^{n-1}$, cuya magnitud mide la tasa de variación instantánea:
$$|f'(x)| = |a| \cdot n |x|^{n-1}$$

Efectos geométricos de la dilatación afín:
1. Dilatación vertical ($|a| > 1$):
La distancia vertical entre la curva y el eje horizontal se amplifica por un factor $|a|$. A igualdad de abscisa $x_0$, $|f(x_0)| > |g(x_0)|$, reduciendo el ángulo de abertura apical.
2. Contracción vertical ($0 < |a| < 1$):
La curva se aproxima al eje $X$, aumentando el ángulo de abertura de las ramas.
3. Punto de calibración:
En la abscisa unitaria $x = 1$, la curva alcanza exactamente la altura $|f(1)| = |a|$.

Comprueba tu avance ¿Cuál de las siguientes funciones cuadráticas tiene la gráfica MÁS CERRADA / ESTRECHA?

Definiciones clave

  • Dilatación vertical: Transformación $(x, y) \mapsto (x, ay)$ con $|a| > 1$ que estira la curva en el eje $Y$.
  • Contracción vertical: Transformación con $0 < |a| < 1$ que aplasta la curva ensanchando su perfil.

Propiedades y relaciones importantes

  • Invarianza de ceros: El valor de $|a|$ no modifica el punto de paso por el origen $(0, 0)$.
  • Calibración cartesiana: El valor de $|a|$ es la distancia vertical del punto $(1, a)$ al eje $X$.

Ejemplo guiado

Ejemplo El análisis del valor absoluto $|a|$ en la función potencia $f(x) = a \cdot x^n$ describe la escala o abertura vertical: valores $|a| > 1$ dilatan verticalmente la curva cerrando las ramas hacia el eje $Y$, mientras que $0 < |a| < 1$ contraen verticalmente la curva ensanchando su abertura

Dadas las funciones $f(x) = 5x^2$, $g(x) = x^2$ y $h(x) = \frac{1}{4}x^2$:
1) Ordena las funciones de mayor a menor abertura (de la más ancha a la más estrecha).
2) Compara las alturas alcanzadas en $x = 2$.
3) Determina qué curva está más pegada al eje $Y$.

  • Paso 1: Comparar valores absolutos: - $|a_f| = 5, \quad |a_g| = 1, \quad |a_h| = 1/4 = 0{,}25$. - A menor $|a|$, mayor abertura $\implies$ **$h(x)$ es la más ancha, luego $g(x)$, y $f(x)$ es la más estrecha**.
  • Paso 2: Alturas en $x = 2$: - $f(2) = 5(4) = \mathbf{20}$. - $g(2) = 1(4) = \mathbf{4}$. - $h(2) = \frac{1}{4}(4) = \mathbf{1}$.
  • Paso 3: La función **$f(x) = 5x^2$** crece más rápido y está más pegada al eje $Y$.
Comprueba tu avance ¿Qué efecto produce el coeficiente a = 1/5 en la gráfica de $f(x) = \frac{1}{5}x^4$ comparada con $y = x^4$?

Procedimiento

  • Paso 1: Calcular el valor absoluto $|a|$ del coeficiente principal de cada función.
  • Paso 2: Si $|a| > 1$, clasificar como dilatación vertical (ramas más estrechas y cercanas al eje $Y$).
  • Paso 3: Si $0 < |a| < 1$, clasificar como contracción vertical (ramas más abiertas y aplanadas).
  • Paso 4: Ordenar de menor a mayor $|a|$ para jerarquizar de mayor a menor abertura.

Errores frecuentes y cómo corregirlos

  • Error común: Comparar números negativos sin valor absoluto (ej: decir que $-2$ es más ancha que $-0,5$ porque $-2 < -0,5$).
  • Cómo corregirlo: La abertura solo depende de la magnitud $|a|$: $|-2| = 2 > |-0,5| = 0,5 \implies -2x^2$ es MÁS ESTRECHA.

Ejemplos

Responde los siguientes ejercicios para poner a prueba lo que acabas de aprender.

1 ¿Cuál función es más ancha: $f(x) = 2x^3$ o $g(x) = 0{,}3x^3$?
2 Entre $f(x) = -10x^4$ y $g(x) = -2x^4$, ¿cuál es más estrecha?
3 Si $f(x) = ax^2$ pasa por $(1, 7)$, ¿cuánto vale $a$?
4 Ordena de más estrecha a más ancha: $y_1 = 3x^2, \; y_2 = \frac{1}{2}x^2, \; y_3 = 9x^2$:

Ejemplos Verdadero/Falso

Decide si cada afirmación es verdadera o falsa antes de ver la explicación.

"A mayor valor absoluto |a|, la gráfica de la función potencia es más estrecha y empinada."
"Valores 0 < |a| < 1 producen contracción vertical ensanchando la abertura de la curva."
"Confundir la dilatación vertical con un desplazamiento horizontal."
"Creer que la abertura depende del grado n y no del coeficiente a."
"No aplicar valor absoluto al comparar coeficientes negativos."

Al terminar debes poder

Resumen El análisis del valor absoluto $|a|$ en la función potencia $f(x) = a \cdot x^n$ describe la escala o abertura vertical: valores $|a| > 1$ dilatan verticalmente la curva cerrando las ramas hacia el eje $Y$, mientras que $0 < |a| < 1$ contraen verticalmente la curva ensanchando su abertura

🎯 QUÉ Objetivo

Analizar el efecto del valor absoluto |a| en la escala y abertura vertical de la gráfica.

⚙️ CÓMO Procedimiento

Comparando magnitudes |a| > 1 (más estrecha) y 0 < |a| < 1 (más ancha) para ordenar aberturas relativas.

Fuente: Texto escolar MINEDUC — Álgebra y Funciones / Función Potencia

Practica

Preguntas conceptuales

Verificar las ideas clave antes de calcular.

  1. $f(x)=10x^2$ crece más rápido que $g(x)=2x^2$ para el mismo valor de $x$.

  2. ¿Qué ocurre con la gráfica si $|a|$ disminuye hacia valores cercanos a $0$?

  3. Si $|a|$ aumenta en $f(x)=a\cdot x^n$, ¿qué le ocurre a la gráfica?

Reconocimiento

Identificar elementos, datos o procedimientos.

  1. $f(x)=0{,}1x^3$ crece más lento que $g(x)=x^3$.

Ejercicios básicos

Aplicar el procedimiento principal en casos simples.

  1. Compara $f(x)=6x^2$ y $g(x)=2x^2$ en $x=3$.

  2. ¿Cuál función tiene la gráfica más comprimida entre $f(x)=0{,}3x^4$ y $g(x)=7x^4$?

  3. Comparar la magnitud de $a$ solo tiene sentido entre funciones con el mismo exponente $n$.

Preguntas tipo PAES

Resolver preguntas con formato y distractores similares a PAES.

  1. Un coeficiente $a=1$ representa la curva de referencia $x^n$ sin compresión ni expansión adicional.

  2. Ordena de menor a mayor compresión: $f(x)=0{,}5x^2$, $g(x)=x^2$, $h(x)=4x^2$.

  3. ¿Cuál es el error frecuente al comparar la magnitud de $a$?

Evaluación de dominio

☆☆☆ 0/3 niveles aprobados
Nivel 1 Definición
Nivel 2 Ejercicios simples
Nivel 3 Problemas de aplicación

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